Корпус для компьютера как радиатор

Бесшумный компьютер: корпус-радиатор и тепловые трубки

Эта работа была прислана на наш «бессрочный» конкурс статей и автор получил награду – фирменную футболку сайта и USB Flash Drive Imation Flash Drive Mini.

Идея создания бесшумного компьютера преследовала меня уже довольно давно. Точнее, с момента появления дома первого IBM-совместимого ПК. Это был крутой, по тем временам, 386DX с диском на целых 120 Мб. Спросите, чему там шуметь-то? Вот именно диск и шумел. Причём не только шумел, но и периодически пищал. Мерзкий писк был слышен на всю квартиру, и если днём его ещё можно было переносить, то ночью он просто мешал спать даже родителям в соседней комнате. Проблему решил тогда просто – методом аппаратного выключения этого диска с помощью двухполюсного выключателя в разрыв питания. Да и, собственно, зачем нужен «хард»? Записал все необходимые файлы в RAM-диск, благо памяти было целых 4 МБ, а потом включил и переписал всё обратно.

Время шло, компьютеры становились быстрее, мощнее и, увы, шумнее. Борьба с шумом велась в основном методом замедления вентиляторов в блоке питания, да и шум в то время особо не мешал. И вот компьютер стал Pentium IV 2.4 ГГц с достаточно шумным боксовым кулером, кулером на чипсете и видеокарте. Да и «тихий» блок питания Inwin через 10 минут работы разогревался и переставал быть тихим, что после относительно малошумного Pentium III сильно раздражало.

реклама

Замечу, что дома компьютер используется в основном как AV-центр и попутно сервер домашней сети. Проблема проявилась во всей красе, когда вентиляторы стали забиваться пылью и просто выть от старости. Особенно это раздражало при просмотре фильмов, когда надсадные шумы вентиляторов превосходили по громкости звуки фильма.

Казалось бы, решения нет. В Интернете увидел описание нового, на то время, корпуса-радиатора Zalman TNN-500A, но счёл это чем-то из области научной фантастики. Позже встретил этот корпус в продаже и был поражён ценой. Когда по работе встала задача сделать бесшумный компьютер, я вспомнил про этот TNN. Высокая цена не остановила, и вскоре я приступил к сборке этого чуда корейской инженерной мысли. Правда, в процессе сборки выяснилось, что тепловые трубки процессора, идущие в комплекте с корпусом, слишком коротки для новой материнки. Пришлось покупать длинные, которые поставляются как опция для AMD’шных процессоров. Компьютер был успешно собран и протестирован в течение суток. Меня и группу товарищей, помогавших мне в сборке этого чуда, порадовали ощущения от абсолютно бесшумной работы залмановского изделия. В тишине слышен был даже тихий свист дросселей цепей питания процессора при резком изменении загрузки процессора. Естественно, всем захотелось иметь такой же и у себя дома. Но выложить почти 1000 долларов за такое удовольствие никто не решился.

Zalman TNN-500A

После завершения сборки у меня остались короткие термотрубки от процессора, как раз подходящие под «домашнюю» материнку. Так постепенно начала зреть идея изготовления бюджетного корпуса-радиатора. Главная проблема – найти радиаторы большого размера – казалась неразрешимой. Самый большой радиатор, который мне удалось найти, имеет размер 20 x 30 см, тогда как у оригинала – 40 x 50 см. После прочтения статьи на сайте Overclockers.ru «Сделаем компьютер БЕСШУМНЫМ, или Наш ответ на Zalman TNN 500A» (автор Sergey Kakaulin) появилась идея изготовить стенки-радиаторы из алюминиевого профиля, как это сделал автор.

Из ассортимента соседнего строительного рынка был выбран алюминиевый профиль 19 x 32 x 2 мм, что при сборке короткими сторонами давало рёбра, как у оригинала. Стенку решил сделать размера 50 x 50 см и всё, кроме блока питания, собрать на этой стенке. 50 см – минимальная высота для размещения материнки с лепестками системы охлаждения процессора сверху.

Источник

Выбираем корпус для производительного ПК с жидкостным охлаждением

Оглавление

Вступление

реклама

Наверняка каждый пользователь хоть раз да задумывался о сборке в своем ПК системы жидкостного охлаждения компонентов. Но не каждый решался на этот шаг. Кому-то подобное было не по карману, кто-то не находил времени или сил. Есть и такие, которых одно только упоминание о наличии внутри компьютера воды, может бросить в дрожь. Последние сидели и продолжают сидеть на «воздухе». И это нормально, особенно для тех, кто не увлекается разгоном. Особенно сегодня, когда энергопотребление комплектующих и выделяемое ими тепло снижаются стремительными темпами.

В первую очередь жидкостное охлаждение интересно оверклокерам, особенно таким, кто предпочитает выжимать все соки из процессора и видеокарты, получая максимальную производительность за меньшие деньги. Либо получать за максимальные деньги еще большую производительность. Нельзя забывать и о любителях тишины, ведь собрав в своем системном блоке контур СЖО, можно получить высокую производительность вкупе с тихой системой, которая может быть практически бесшумной.

В любом случае, для сборки ПК с жидкостным охлаждением потребуется продуманный корпус, в котором можно беспроблемно разместить компоненты СЖО. В первую очередь это касается радиатора. Конечно, его можно вынести наружу, так будет даже лучше в плане эффективности охлаждения, но тогда мы лишимся компактности и потеряем в эстетике.

Напомним, что ранее мы уже изучили как большие модели класса Full Tower и Ultra Tower, предназначенные для производительного ПК, так и компактные решения, рассчитанные на установку материнских плат Mini-ITX/Micro-ATX, а также корпуса, ориентированные на тишину. А совсем недавно был рассмотрен сегмент среднегабаритных моделей.

Заточенные под СЖО решения, как правило, почти все наделены посадочным местом под радиатор на верхней панели корпуса. Советуем выбирать из моделей корпусов, в которых сверху можно установить трехсекционный радиатор как минимум типоразмера 360 мм под 120 мм вентиляторы, а еще лучше, если это будет 420 мм радиатор под 140-миллиметровые вертушки.

Стоит учесть, что нужно достаточно свободного пространства под верхней крышкой корпуса, где по возможности умещался бы радиатор как минимум толщиной 45 мм (без учета толщины вентиляторов). Теплорассеиватели меньшей толщины – 30 мм, наиболее распространены и дешевы, но обладают меньшей теплорассеивающей способностью по сравнению с 45 мм моделями. В таком случае вы вряд ли сможете охлаждать процессор вкупе с видеокартой, наслаждаясь при этом тишиной. Радиатор толщиной 45 мм – золотая середина; если он трехсекционный, то обеспечит нормальное охлаждение и процессора, и видеокарты, при сохранении низкого уровня шума.

Существуют и более толстые теплорассеиватели, они хоть и эффективнее, но хуже продуваются при низких оборотах вентиляторов, а потому не особенно подходят для любителей тишины. Лучше всего подобрать корпус, у которого свободное расстояние между верхней панелью и верхней кромкой материнской платы не менее 70 мм. В такой системный блок свободно поместится радиатор толщиной 45 мм вместе с вентиляторами наиболее распространенной толщины 25 мм.

Как правило, для охлаждения процессора и видеокарты достаточно одного трехсекционного радиатора толщиной 45 мм, размещенного сверху. Продув радиатора следует осуществлять снизу-вверх. И ни в коем случае не наоборот, нам же не нужен горячий воздух внутри корпуса? При необходимости можно добавить еще один односекционный радиатор на тыловую панель, установив его функционировать на выдув. Подобной схемы хватит в большинстве случаев.

реклама

А вот устанавливать радиатор на фронтальную панель с функционирующими на вдув вентиляторами категорически не рекомендуется. В этом случае внутри корпуса начнет скапливаться нагретый радиатором воздух, и в итоге получится только хуже. Ну а уж если и устанавливаете, то нужно стараться вентиляторы размещать также на выдув. Нагретый теплорассеивателем воздух, который остается внутри корпуса, для СЖО смерти подобно. И об этом стоит помнить.

Что касается размещения остальных компонентов СЖО, таких как резервуар и помпа, то здесь выбор остается за пользователем. Единственное, о чем надо упомянуть, что лучше не использовать односекционный резервуар для 5.25-дюймового отсека, если не хотите часто слышать потрескивание пузырьков воздуха. Выбирайте резервуар, рассчитанный на два 5.25-дюймовых отсека. Хотя лучшим выбором был и остается вариант в виде длинного тубуса при вертикальном его расположении. И еще один совет по выбору корпуса для СЖО. Начинающим энтузиастам можно посоветовать обратить внимание на модельный ряд Corsair Obsidian, несколько представителей которого будут представлены в обзоре.

Далее мы рассмотрим несколько достойных моделей корпусов, которые как нельзя лучше подходят для создания конфигурации с жидкостным охлаждением.

Fractal Design Define S

Модель Fractal Design Define S – единственный корпус этой компании, который лучше прочих подходит для сборки в нем СЖО. Производитель оптимизировал эту версию именно под «воду».

Кроме того, Define S наделен шумоизоляцией на битумной основе, которая поможет снизить шум и вибрацию от помпы и жестких дисков. Это один из лучших корпусов на рынке, оптимизированный под жидкостное охлаждение, качественный, и не сильно дорогой в цене. К тому же он доступен в московской рознице. Define S рассматривался в нашей лаборатории.

Производитель удалил в Define S все 5.25-дюймовые отсеки, а также корзины для накопителей. Последние теперь размещаются за поддоном системной платы. Как итог – огромное свободное пространство в передней части корпуса по всей высоте.

Вдобавок теперь нет препятствий в виде 5.25-дюймовых отсеков для размещения длинного радиатора СЖО на верхней панели. Заодно Define S обзавелся крепежными отверстиями для помпы DDC в передней нижней части корпуса.

Вариант грамотного размещения радиаторов СЖО показан на фотографии выше. В корпус можно установить 420-/360 мм радиатор на верхнюю панель и 360 мм на фронтальную (лично я бы не рекомендовал, если только на выдув). Тыловая панель поддерживает установку одного 140-/120 мм радиатора, снизу также можно разместить один 120 мм односекционник. Впечатляет, не правда ли?

Хотя касательно размещения радиатора СЖО на фронтальной панели возникают вопросы. Но если установить вентиляторы на фронтальный радиатор с внутренней стороны корпуса, и заставить функционировать их на выдув, тепло будет рассеиваться наружу через боковые щели на передней панели. Ставить функционировать вентиляторы на вдув не стоит, чтобы внутри корпуса не создавать повышенных температур, из-за которых все преимущество СЖО сойдет на нет, возможно станет хуже, чем при использовании воздушного охлаждения.

реклама

На этой фотографии показан наиболее правильный вариант сборки СЖО в Fractal Design Define S, сооруженный одним из умельцев. Вот только фронтальные вентиляторы стоило бы развернуть наоборот.

Технические характеристики Fractal Design Define S.

Источник

Охлаждение электроники: термомоделирование при разработке конструкции корпуса

Электронное устройство обычно состоит из корпуса и внутренних компонентов, которые при работе выделяют тепло. И тут скрыт конфликт: производители стремятся уменьшить корпус (так дешевле и удобнее), но компактный корпус затрудняет отвод тепла. Проблему усугубляет рост вычислительных мощностей: электроника нагревается еще сильнее, а это может привести к сбоям. Как в таких условиях обеспечить достаточное охлаждение еще на стадии разработки новых серийных устройств? Давайте вместе разберемся с разными типами теплоотведения: естественной конвекцией, принудительным охлаждением с помощью вентиляторов и системами жидкостного охлаждения.

Детальной проработкой системы охлаждения и грамотной компоновки устройства занимается инженер-конструктор: он выполняет виртуальное моделирование воздушных потоков и определяет температуру нагреваемой электроники.

При выборе типа охлаждения учитывается максимально допустимая температура компонентов и условия эксплуатации.

Самый простой способ отвода тепла — метод воздушного охлаждения за счет теплоотводов и вентиляторов. Но при невысокой стоимости этот метод имеет ряд недостатков:

высокое тепловое сопротивление,

низкая температура окружающей среды,

увеличение уровня шума.

Не всегда возможно задействовать принудительное или естественное конвекционное охлаждение. Например, такой способ не годится для корпусов с высокой степенью защиты от пыли и влаги (IP) или для необслуживаемых корпусов, т.е. неразборных или тех, что устанавливаются в труднодоступных местах.

Повысить эффективность и ускорить процесс охлаждения можно за счет охлаждения с помощью тепловых трубок. Для реализации этого метода используется конструкция из алюминиевого радиатора и основания с медными трубками. Такая технология имеет важные преимущества: оптимально отводит тепло, занимает минимальный объем, не создает шума и не требует обслуживания. Но при этом надо помнить, что усложняется конструкция и увеличивается стоимость устройства.

Для силовой электроники применяется метод жидкостного охлаждения. Эта система эффективна и надежна, занимает малый объем, не создает шума, но при этом значительно увеличивает стоимость и усложняет обслуживание (есть риск утечек жидкости). Для реализации этого метода необходим компрессор.

Ниже рассмотрим примеры разных способов воздушного охлаждения с естественной и принудительной конвекцией.

Естественное конвекционное охлаждение

Начнем с охлаждения корпуса устройства за счет естественной конвекции — самого экономически обоснованного метода отвода тепла.

Пример №1: выбор материала и перфорация корпуса

В одном из проектов мы разработали устройство. В качестве материала корпуса можно было выбрать металл или пластик. После проведения терморасчета стало понятно, что отводить тепло на корпус нет необходимости, поэтому металл нам не нужен, можно использовать более дешевый и практичный вариант — пластмассу + стандартный радиатор.

Внимание, вопрос: где лучше расположить отверстия и в каком количестве, чтобы обеспечить пассивное охлаждение электроники в корпусе? На этот вопрос помогают ответить расчеты с учетом нагрева электронных компонентов.

Посмотрим сравнительные модели пассивного охлаждения для четырех вариантов:

Термомоделирование для корпуса с перфорацией на крышке и на дне

Термомоделирование для корпуса с перфорацией только на дне Термомоделирование для корпуса с перфорацией на дне (другой тип перфорации) Термомоделирование для корпуса без перфорации

Обратите внимание на средние значения температур в градусах цельсия в первой колонке с цифрами. Для центрального процессора они растут со 119.62 градусов до 129.3 при разных типах перфорации.

Расчетные модели помогают выбрать оптимальную модель корпуса. В нашем случае это вторая, с крупной перфорацией на дне.

Как видите, не всегда самые очевидные решения оказываются такими на практике. Могло показаться, что лучшее охлаждение обеспечит полная перфорация, а худшее — ее отсутствие. Но моделирование позволяет узнать настоящий ответ.

На рисунке — выбранный вариант конструкции с перфорацией в донной части

Пример №2: Двойной корпус для конвекции

Ниже — еще один пример естественного конвекционного охлаждения. Конструкция корпуса состоит из двух частей: внутренняя часть с объемной перфорацией по всему контуру для свободного потока охлаждающего воздуха; наружный корпус — декоративный, с перфорацией только на задней стенке.

Внутренний корпус устройства Устройство с двойным корпусом в сборе

Зазор между внутренним и внешним декоративным корпусом обеспечивает беспрепятственную конвекцию.

Охлаждение за счет теплопроводности

Для охлаждения за счет теплопроводности используется прямой контакт металл-металл между двумя телами. Тепло от нагреваемых компонентов за счет теплопроводности передается на внешние поверхности теплоотводящих кожухов.

Пример №3: Защитный экран в роли радиатора

Покажем, как теплопроводность работает на практике: при разработке промышленного коммутатора мы применили нестандартное решение, чтобы справиться с проблемой отвода тепла и защитить плату от помех. Конструктор предложил использовать на одной из плат составной экран, который взял на себя обе задачи — и тепло отвел за счет теплопроводности, и от помех защитил.

Корпус такого экрана был выполнен из алюминиевого сплава методом фрезерования. Фрезеровка позволила создать металлическую поверхность с нужными параметрами и обеспечить плотный контакт с нагреваемыми элементами. Но для оптимальной теплопередачи мы задействовали между корпусом и элементами еще один компонент — специальные термопрокладки с высоким коэффициентом теплопроводности.

Видео-гайд: Корпус для компьютера как радиатор

---

Защитный экран для отвода тепла и защиты от помех

Пример №4: Отведение тепла на корпус

Бывает, что для охлаждения используется не только трубки или экраны, но весь корпус устройства принимает на себя «тепловой удар». Конечно, оптимальный материал для такого корпуса — алюминий.

Ниже — пример такого проекта. Результаты термомоделирования показали, что одного стандартного радиатора недостаточно для отвода тепла, поэтому был спроектирован дополнительный алюминиевый корпус.

Корпус для отвода тепла от нагревающихся компонентов

Чтобы увеличить естественную конвекцию воздуха мы добавили отверстия на боковых и верхних гранях корпуса:

Распределение воздушных потоков при горизонтальном положении корпуса

Распределение воздушных потоков при вертикальном положении корпуса Сравнительная таблица расчетных и максимально рекомендованных температур

Сравнивая результаты, полученные при моделировании, и данные из спецификаций на компоненты, мы видим, что такой способ охлаждения позволяет поддерживать температуры элементов устройства в рабочих диапазонах.

Принудительное конвекционное охлаждение

Итак, мы разобрались с естественной конвекцией при охлаждении, а теперь рассмотрим принудительную — более дорогой, но самый распространенный метод отвода тепла.

Для принудительного охлаждения используются вентиляторы.

Пример №5: Охлаждение устройства из 100+ плат

Мы спроектировали сложное промышленное устройство для обработки рентгеновского излучения, которое представляет собой массив из более ста печатных плат, расположенных по рядам кассетным способом. Плотность сенсоров составляет около 4000 шт.

На начальном этапе проектирования был сделан термический расчет, чтобы определить оптимальное расположение компонентов на плате, межплатные зазоры, температуру приточного воздуха и конструкцию корпуса. Из 20 итераций выбрана оптимальная.

Корпус устройства с установленными вентиляторами

Термомоделирование помогло выявить и исправить проблемные места в конструкции задней стенки устройства. Понадобилось перенаправить поток, чтобы он проходил через область плат, и изменить расположение межплатного разъема, чтобы он не препятствовал воздушному потоку.

Температурные срезы в области плат

Итог: средний разброс температур по датчикам составил

12°С, а максимальная температура в области датчиков удержалась на уровне

55°С. Так вентиляторы в паре с оптимальной конструкцией корпуса и учетом достаточного расстояния между платами позволили эффективно охлаждать устройство. На этом примере хорошо видно, почему принудительное охлаждение остается столь популярным в промышленном применении в работе с мощными пользовательскими устройствами.

Пример №6: Охлаждение 1U-корпуса коммутатора

На последнем примере покажем, как работает термомоделирование в проектах с комбинированным охлаждением, где на начальном этапе проектирования используется и теплопроводность, и принудительная конвекция.

Итак, задача: разработать универсальный 1U-корпус для различных модификаций промышленного коммутатора. При проектировании большое значение имел правильный выбор компоновки корпуса. Было сделано порядка 30 итераций термического моделирования. Расчет помог определиться с расположением радиаторов и вентиляторов, их количеством, расположением блока питания, компонентов на плате и перфорацией на передней панели корпуса.

Проработка внутренней компоновки промышленного коммутатора

В итоге проект был реализован в таком виде:

Система охлаждения устройства: 8 вентиляторов и три алюминиевых радиатора

Такая конфигурация — кулер + радиатор — хорошо знакома пользователям стационарных компьютеров. Те, кто сам собирал свое железо, мог обратить внимание на различные термоинтерфейсы: термопасту и термопрокладки между чипами и радиатором, которые используются для более эффективного теплоотведения. Возможно, кто-то читает эту статью со своего игрового компьютера с модной системой жидкостного/водяного охлаждения. 🙂 И все эти методы и компоненты для отвода тепла от электроники объединяет один важный инструмент, который используется еще на начальной стадии проектирования устройств — термомоделирование. Оно помогает выбрать материал корпуса, расположение компонентов на плате и оптимальную систему охлаждения электроники. В результате такое моделирование затачивает под себя и внешний вид устройства.

Вывод: расчет температурных характеристик печатных плат и всего устройства в целом — это неотъемлемый этап проектирования современной серийной электроники, который помогает производителям снизить риски сбоев, сэкономить деньги и время.

Было бы интересно узнать в комментариях, с какими системами охлаждения сталкивались читатели этой статьи и какие выводы для себя сделали.

Источник