Bilgisayar Soğutma Sistemleri: Pasif, Aktif, Sıvı, Freon, Su Soğutucu, Açık Buharlaştırma, Kaskad, Peltier Soğutma

Bilgisayarın çalışması sırasında, bileşenlerinden bazıları çok ısınır ve üretilen ısı yeterince hızlı çıkarılmazsa, ana yarı iletken bileşenlerinin normal özelliklerinin ihlali nedeniyle bilgisayar çalışamaz.

Bilgisayarın aktif olarak kullanıldığı süre boyunca sürekli, sistematik ve uyumlu bir şekilde çalışan bir dizi özel araçtan oluşan bilgisayar soğutma sisteminin çözdüğü en önemli görev, bilgisayarın ısınan parçalarından ısının uzaklaştırılmasıdır.

Bilgisayar soğutma sisteminin çalışması sırasında, çalışma akımlarının bilgisayarın ana elemanlarından, özellikle de sistem biriminin elemanlarından geçmesiyle oluşan ısıdan yararlanılır.Bu durumda üretilen ısı miktarı, bilgisayarın bilgi işlem kaynaklarına ve makinenin kullanabileceği tüm kaynaklara göre mevcut yüküne bağlıdır.

Her durumda, ısı atmosferde geri kazanılır. Pasif soğutmada, ısı, ısıtılmış parçalardan bir radyatör aracılığıyla geleneksel konveksiyon ve kızılötesi radyasyon yoluyla doğrudan çevredeki havaya çıkarılır. Aktif soğutmada, konveksiyon ve kızılötesi radyasyona ek olarak, konveksiyonun yoğunluğunu artıran bir fanla üfleme kullanılır (bu çözüme «soğutucu» denir).

Isının önce bir ısı taşıyıcı ile aktarıldığı ve daha sonra tekrar atmosferde kullanıldığı sıvı soğutma sistemleri de vardır. Soğutucunun faz geçişi nedeniyle ısının uzaklaştırıldığı açık evaporatif sistemler vardır.

Bu nedenle, bilgisayarın ısıtma parçalarından ısıyı uzaklaştırma ilkesine göre soğutma sistemleri vardır: hava soğutma, sıvı soğutma, Freon, açık buharlaştırma ve kombine (Peltier elemanlarına ve su soğutucularına dayalı).

Pasif hava soğutma sistemi

Isı yüklemesi olmayan ekipmanlar özel soğutma sistemleri gerektirmez. Isı yüklemesiz ekipman, ısıtılan yüzeyin santimetrekare başına ısı akısının (ısı akısı yoğunluğu) 0,5 mW'ı aşmadığı ekipmandır. Bu koşullar altında, ısıtılmış yüzeyin çevreleyen havaya göre aşırı ısınması 0,5 ° C'den yüksek olmayacaktır, böyle bir durum için olağan maksimum +60 ° C'dir.

Ancak bileşenlerin normal çalışma modundaki termal parametreleri bu değerleri aşarsa (ancak ısı üretimini nispeten düşük tutarken), bu tür bileşenlere yalnızca radyatörler, yani pasif ısı giderme cihazları monte edilir. , sözde pasif soğutma sistemleri.

Çipin gücü düşük olduğunda veya sistemin bilgi işlem kapasitesi gereksinimleri sürekli olarak sınırlandığında, kural olarak, fan olmadan bile yalnızca bir soğutucu yeterlidir. Radyatör her durumda ayrı ayrı seçilir.

Temel olarak pasif soğutma sistemi şu şekilde çalışır: Isı, malzemenin ısıl iletkenliği nedeniyle doğrudan ısıtıcı bileşenden (çip) soğutucuya aktarılır veya ısı boruları (termosifon veya buharlaşma odası farklı temeldir) yardımıyla. ısı boruları ile çözümler).

Radyatörün işlevi, kızılötesi radyasyon yoluyla çevredeki alana ısı yaymak ve doğal konveksiyon akımlarının oluşmasına katkıda bulunan çevredeki havanın termal iletkenliği yoluyla ısıyı aktarmaktır. Isıyı radyatörün tüm alanına olabildiğince yoğun bir şekilde yaymak için radyatörün yüzeyi siyah olur.

Özellikle günümüzde (bilgisayarlar dahil çeşitli ekipmanlarda) pasif soğutma sistemi yaygındır. Radyatörler ısı yoğun bileşenlerin çoğuna kolayca monte edilebildiğinden, böyle bir sistem çok esnektir. Radyatörden etkili ısı dağılımı alanı ne kadar büyük olursa, soğutma o kadar verimli olur.

Soğutma verimini etkileyen önemli faktörler, soğutucudan geçen hava akış hızı ve sıcaklıktır (özellikle ortama göre sıcaklık farkı).

Birçok kişi, bir bileşene soğutucu monte etmeden önce, eşleşen yüzeylere termal macun (örn. KPT-8) sürmenin gerekli olduğunu bilir. Bu, bileşenler arasındaki boşlukta termal iletkenliği artırmak için yapılır.

Başlangıçta sorun, radyatörün ve üzerine takıldığı komponentin fabrika üretimi ve taşlama işleminden sonra yüzeylerinde hala 10 mikron mertebesinde pürüzlerin olması ve hatta parlatıldıktan sonra bile yaklaşık 5 mikron pürüz kalmasıdır. Bu düzensizlikler, bağlantı yüzeylerinin boşluk olmadan mümkün olduğunca sıkı bir şekilde birbirine bastırılmasını önleyerek, düşük ısı iletkenliğine sahip bir hava boşluğuna neden olur.

En büyük boyuta ve aktif alana sahip soğutucular genellikle CPU'lara ve GPU'lara monte edilir. Sessiz bir bilgisayarın monte edilmesi gerekiyorsa, düşük hava geçiş hızı göz önüne alındığında, artan ısı dağılımı verimliliği ile karakterize edilen çok büyük özel radyatörlere ihtiyaç vardır.

Aktif hava soğutma sistemi

Soğutmayı iyileştirmek, radyatördeki hava akışını daha yoğun hale getirmek için ek olarak fanlar kullanılır. Fanlı bir radyatöre soğutucu denir. Soğutucular, bilgisayarın grafiklerine ve merkezi işlemcilerine kurulur. Sabit sürücü gibi bazı bileşenlere soğutucu takmak mümkün değilse veya önerilmiyorsa, soğutucu olmadan basit bir fan patlaması kullanılır.Bu oldukça yeterli.

sıvı soğutma sistemi

Sıvı soğutma sistemi, sistemde dolaşan bir çalışma sıvısı yardımıyla soğutulan bileşenden ısının radyatöre aktarılması prensibiyle çalışır. Böyle bir sıvı genellikle bakterisidal ve anti-galvanik katkı maddeleri veya antifriz, yağ, diğer özel sıvılar ve bazı durumlarda sıvı metal içeren damıtılmış sudur.

Böyle bir sistem zorunlu olarak şunları içerir: sıvıyı sirküle etmek için bir pompa ve ısıyı ısıtma elemanından alıp çalışma sıvısına aktarmak için bir radyatör (su bloğu, soğutma kafası). Isı daha sonra bir soğutucu (aktif veya pasif sistem) tarafından dağıtılır.

Ek olarak, sıvı soğutma sistemi, termal genleşmesini telafi eden ve sistemin termal eylemsizliğini artıran bir çalışma sıvısı rezervuarına sahiptir. Tankın doldurulması uygundur ve çalışma sıvısının içinden boşaltılması da uygundur. Böyle bir sistemde gerekli hortum ve borular gereklidir. İsteğe bağlı olarak bir sıvı akış sensörü mevcut olabilir.

Çalışma sıvısı, buharlaşan yüzey ile boru duvarı arasındaki sıcaklık farkını en aza indiren, düşük sirkülasyon hızında yüksek soğutma verimliliği ve yüksek termal iletkenlik sağlamak için yeterince yüksek bir ısı kapasitesine sahiptir.

Freon soğutma sistemi

İşlemcinin aşırı hız aşırtma işlemi, sürekli çalışması sırasında soğutulan elemanın negatif sıcaklıkta olmasını gerektirir. Bunun için freon kurulumları gereklidir. Bu sistemler, evaporatörün doğrudan bileşen üzerine monte edildiği ve ısının çok yüksek oranda uzaklaştırılması gereken soğutma üniteleridir.

Freon sisteminin karmaşıklığına ek olarak dezavantajları şunlardır: ısı yalıtımı ihtiyacı, yoğuşma ile zorunlu mücadele, aynı anda birkaç bileşeni soğutmanın zorluğu, yüksek enerji tüketimi ve yüksek fiyat.

Su soğutucu

Waterchiller, bir Freon ünitesi ile sıvı soğutmayı birleştiren bir soğutma sistemidir. Burada sistemde dolaşan antifriz, bir Freon bloğu kullanılarak bir ısı eşanjöründe daha da soğutulur.

Böyle bir sistemde, bir freon ünitesi yardımıyla negatif bir sıcaklık elde edilir ve sıvı aynı anda birkaç bileşeni soğutabilir. Geleneksel bir Freon soğutma sistemi buna izin vermez. Bir su soğutucunun dezavantajları, tüm sistemin ısı yalıtımı ihtiyacının yanı sıra karmaşıklığı ve yüksek maliyetidir.

Açık evaporatif soğutma sistemi

Açık buharlı soğutma sistemleri, helyum, sıvı nitrojen veya kuru buz gibi bir soğutucu akışkan olan bir çalışma sıvısı kullanır. Çalışma sıvısı, çok hızlı bir şekilde soğutulması gereken ısıtma elemanına doğrudan monte edilen açık bir camda buharlaştırılır.

Bu yöntem amatörlere aittir ve esas olarak mevcut ekipman için aşırı hız aşırtmaya ("hız aşırtma") ihtiyaç duyan hobiler tarafından kullanılır. Bu yöntemi kullanarak en düşük sıcaklığı elde edebilirsiniz, ancak soğutucu akışkanlı camın düzenli olarak doldurulması gerekecektir, yani sistemin bir zaman sınırı vardır ve sürekli dikkat gerektirir.

Kademeli soğutma sistemi

Bir kademeli soğutma sistemi, iki veya daha fazla freonun aynı anda sıralı olarak dahil edilmesi anlamına gelir. Daha düşük sıcaklıklar elde etmek için kaynama noktası azaltılmış freon kullanılır.Freon makinesi tek kademeli ise, güçlü kompresörlerle çalışma basıncını arttırmak gerekir.

Ancak bir alternatif var - bir freon bloğunun radyatörünü benzer başka bir blokla soğutmak. Böylece sistemdeki çalışma basıncı düşürülebilir ve kompresörlerden yüksek güç alınmasına gerek kalmaz, konvansiyonel kompresörler kullanılabilir. Kademeli sistem, karmaşıklığına rağmen, geleneksel bir freon kurulumundan daha düşük bir sıcaklık elde etmeyi sağlar ve açık bir buharlaştırma sistemine kıyasla, böyle bir kurulum sürekli çalışabilir.

Peltier soğutma sistemi

Soğutma sisteminde Peltier elemanı ile soğuk tarafı soğutulacak yüzeye gelecek şekilde monte edilirken, elemanın sıcak tarafı çalışması sırasında başka bir sistemden yoğun soğutma gerektirir. Sistem nispeten kompakttır.