Zestawy chłodzące

Kupując nowy procesor, wiele osób zastanawia się, jak zapewnić odpowiednie chłodzenie. Niestety, dawno już minęły czasy, gdy do odprowadzenia wydzielanego ciepła wystarczył aluminiowy radiator. Powodem jest podwyższanie obecnie napięcia zasilania procesorów i ciągłe zwiększanie się liczby tranzystorów w strukturze CPU.

Kupując nowy procesor, wiele osób zastanawia się, jak zapewnić odpowiednie chłodzenie. Niestety, dawno już minęły czasy, gdy do odprowadzenia wydzielanego ciepła wystarczył aluminiowy radiator. Powodem jest podwyższanie obecnie napięcia zasilania procesorów i ciągłe zwiększanie się liczby tranzystorów w strukturze CPU.

Analizując efektywność odprowadzania ciepła z procesora, należy wziąć pod uwagę różne parametry.

Wielkość powierzchni wymiany ciepła. Jest to przede wszystkim powierzchnia obudowy rdzenia procesora. Jedną z metod poprawy wydajności chłodzenia procesora jest zwiększenie powierzchni oddającej ciepło, np. poprzez zamontowanie do niej radiatora. Radiatory zwykle nie są płaskie i mają powiększoną powierzchnię wymiany ciepła dzięki licznym żeberkom o różnych kształtach. Żeberka przyczepione są do rdzenia (podstawy) radiatora, zapewniając bezpośredni kontakt ze źródłem ciepła.

Szybkość i efektywność absorbcji ciepła przez radiator procesora. Zapewniając bezpośrednią drogę przepływu ciepła z jego źródła do żeberek radiatora oraz wybierając materiały o wysokiej przewodności cieplnej, zwiększa się tzw. wydajność dyssypatywną radiatora. Długość, grubość i przewodność cieplna drogi, którą to ciepło przepływa od swojego źródła do żeberek, bezpośrednio wpływają na wydajność radiatora. Wraz ze wzrostem wymagań procesora, zwłaszcza jakość fizycznego połączenia, tzw. płaszczyzny zestyku między procesorem (obudową rdzenia) i podstawą radiatora ma największy wpływ na ogólny efekt chłodzenia. W celu zwiększenia efektywności przepływu ciepła od procesora do radiatora łączy się je materiałami termicznymi (pasty termoprzewodzące). Ich skuteczność przenoszenia ciepła zależy od przewodności cieplnej materiału oraz od siły nacisku radiatora na procesor.

Aktywne chłodzenie

Aktywne chłodzenie

Warunki odprowadzania ciepła z powierzchni. Konwekcyjny przepływ ciepła z powierzchni występuje wtedy, gdy oddziałuje na nią otaczające powietrze (gaz) o niższej temperaturze niż lokalna temperatura powierzchni, z której jest ono odprowadzane. Jeśli konwekcja (unoszenie) zachodzi w warunkach przepływu otaczającego powietrza, to mamy do czynienia ze złożonym procesem chłodzenia wymuszonego. Oczywiście, im wyższa jest prędkość przepływu powietrza nad powierzchnią i niższa jego temperatura, tym lepszy rezultat chłodzenia. Reasumując: im bardziej wydajny wentylator chłodzący powierzchnię radiatora, tym wydajniejsze chłodzenie. W radiatorze przepływ powietrza schładza szczególnie brzegi żeberek oraz podstawę radiatora.

1. Metody chłodzenia

Chłodzenie pasywne

Chłodzenie pasywne

Są dwie metody chłodzenia: pasywna i aktywna. Chłodzenie pasywne oparte jest na zasadzie konwekcji cieplnej (naturalnych właściwości rozpraszania się ciepłego powietrza). Z uwagi na brak mechanicznego wspomagania przepływu powietrza chłodzenie odbywa się na skutek niewielkiego tylko ruchu powietrza i dlatego stosowane w tej metodzie radiatory są większe niż radiatory chłodzące aktywnie (potrzebują większej powierzchni odprowadzającej ciepło absorbowane ze źródła ciepła, aby uzyskać takie same wyniki chłodzenia, jak w wypadku metody aktywnej). Jednak wraz ze zwiększeniem rozmiarów radiatora (liczby i wielkości żeberek) zwiększa się również opór powietrza, a tym samym prawdopodobieństwo, że powietrze będzie krążyć wokół radiatora, a nie poprzez żeberka. Jeśli nie utworzy się odpowiednich kanałów przepływu powietrza przez radiator (odległość między żeberkami), chłodzenie takie nie będzie efektywne.

Ta metoda była powszechnie stosowana do chłodzenia starszych typów procesorów, które nie wydzielały zbyt wiele ciepła. Ponieważ nie wykorzystuje się w tym wypadku żadnych dodatkowych metod wspomagania cyrkulacji powietrza, nie powstaje hałas. Natomiast niewątpliwym minusem jest mała wydajność oraz to, że radiator ma duże gabaryty.

Chłodzenie aktywne, obecnie najpopularniejsza metoda, polega na wspomaganiu chłodzenia pasywnego poprzez sztuczne zwiększenie cyrkulacji powietrza wokół powierzchni radiatora. Uzyskuje się to, umieszczając wentylator na samym radiatorze lub nad nim.

Zestawy gazowe

Zestawy gazowe

Im efektywniej odbierane jest ciepło z CPU, tym szybciej rośnie również temperatura radiatora i otaczającego go powietrza. Bez odpowiedniego schładzania powietrza radiator szybko osiągnąłby temperaturę procesora i chłodzenie stałoby się nieefektywne. Aby wyeliminować ten problem, stosuje się wentylatory, które mechanicznie wspomagają wymianę ciepła. Ponieważ w metodzie tej, powietrze przepływa przez radiator szybciej niż w metodzie chłodzenia pasywnego, żeberka można rozmieścić znacznie gęściej, dzięki czemu dodatkowo zwiększa się powierzchnia radiatora i jego możliwości absorpcji ciepła. Metoda ta, obecnie powszechnie stosowana do chłodzenia procesorów, kart graficznych oraz chipsetów, i jest wprawdzie bardzo wydajna, ale powoduje duży hałas wytwarzany przez wirniki wentylatorów.

2 Konstrukcje zestawów chłodzących

Z uwagi na typ czynnika chłodzącego można wyróżnić trzy konstrukcje zestawów: chłodzące powietrzem, chłodzące wodą i wykorzystujące zjawisko zmiany stanu skupienia.

2.1. Zestawy chłodzące powietrzem

Chłodzenie wodą to jeden z wydajniejszych sposobów studzenia procesorów.

Chłodzenie wodą to jeden z wydajniejszych sposobów studzenia procesorów.

Są to obecnie najpopularniejsze konstrukcje, charakteryzujące się prostotą budowy oraz wysoką wydajnością. Składają się z dwóch elementów: radiatora i wentylatora. Dodatkowo w celu zwiększenia przepływu ciepła z procesora do radiatora stosuje się między nimi pastę termoprzewodzącą, która ma zlikwidować ewentualną wolną przestrzeń na styku obu powierzchni (np. pęcherzyki powietrza stanowią doskonały izolator termiczny, znacznie utrudniając przepływ ciepła).

Zasada działania jest prosta. Ciepło wydzielane przez procesor przewodzone jest bezpośrednio na radiator, skąd następnie jest odprowadzane i podgrzewając powietrze wokół. Powietrze to z kolei jest schładzane strumieniem powietrza z wentylatora.

Ponieważ większość zestawów chłodzących powietrzem pracuje głośno, popularność zyskują połączenia wentylatora z czujnikiem temperatury. Czujnik taki, umieszczany zwykle na radiatorze, mierzy jego temperaturę i w zależności od niej zwiększa lub zmniejsza prędkość obrotową wentylatora.

Niektórzy producenci zestawów chłodzących, np. Thermaltake czy Zalman, w celu wyciszenia wentylatora stosują regulator prędkości obrotowej wirnika. Ze względu na budowę tego zestawu o jego wydajności decydują cztery czynniki: materiał, z którego wykonany jest radiator, wielkość powierzchni radiatora, wydajność wentylatora i temperatura otoczenia - a więc w praktyce wnętrza obudowy komputera.


Zobacz również