Система охлаждения персонального компьютера в условиях ИП "Малькова Л.И."

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Введение

Увеличение количества радиоэлементов на микросхемах настольных ПК, а также увеличение транзисторов в интегральных схемах микрочипов и других элементов на печатных платах связано с повышением требований к вычислительным мощностям компьютеров, т.к. на них возлагаются всё более сложные задачи. Это привело к повышению тепловыделения. Все эти обстоятельства послужили толчком к созданию различных систем охлаждения, без которых не обходится ни один настольный ПК на сегодняшний день, потому что без систем охлаждения они не способны отвечать требованиям современных стандартов, которые предъявляют производители и пользователи программного обеспечения.

В компьютерах с быстродействующими процессорами могут возникать серьезные проблемы, связанные с перегревом микросхем. Более быстродействующие процессоры потребляют большую мощность и соответственно выделяют больше тепла. Для отвода тепла необходимо принимать дополнительные меры, поскольку встроенного вентилятора может оказаться недостаточно.

Тема дипломной работы - «Система охлаждения персонального компьютера в условиях ИП «Малькова Л.И.», которая и будет являться предметом исследования.

Цель работы - исследовать регулировку охлаждения компьютерных систем и область применения новейших технологий охлаждения.

Задачами исследования является выяснение и выбор наиболее эффективных средств охлаждения компьютерных систем.

Работа содержит следующие этапы:

Исследование принципов охлаждения (типы и виды).

Исследование новых прогрессивных систем охлаждения.

Сравнение технико-экономических показателей различных видов охлаждения.

Актуальность данной темы очень велика, т.к. от работоспособности охлаждающих свойств системы зависит в целом работоспособность всей компьютерной системы - ее продуктивность и долговечность.

Наибольшую опасность высокие температуры представляют для элементной базы (микросхемы, конденсаторы, транзисторы и т.д.), особенно для жесткого диска. Перегреваясь, он работает в сбойном режиме (записывает данные неправильно).

После перезагрузки и охлаждения есть вероятность, что Вы не обнаружите своих сохраненных данных на носителе информации. Комфортный температурный режим для компьютера важен не менее, чем для его владельца.

Чтобы правильно и с минимальными затратами решить проблему перегрева, необходимо хотя бы в общих чертах представлять себе, что из себя представляют системы охлаждения, зачем они вообще нужны компьютерам и к каким последствиям может привести “перегрев”.

Компьютер, как и любой электроприбор, рассеивает часть полученной электроэнергии в виде тепла. Основными источниками тепла являются центральный процессор, материнская плата и графический процессор видеокарты.

Основными причинами роста тепловыделения компонентами ПК являются:

рост тактовых частот процессора и шины памяти;

рост числа ячеек памяти в чипах ПК;

увеличение потребляемой мощности компонентами компьютера.

Таким образом, чем мощнее у вас ПК, тем больше энергии он потребляет, а, следовательно, больше тепла выделяет. Тенденции на минимизацию сокращают свободное пространство внутри системного блока, и, вместе с тем, усугубляют проблему теплоотвода для ПК.

Высокое быстродействие современных компьютеров имеет свою цену: они потребляют огромную мощность, которая рассеивается в виде тепла. Основные части компьютера -- центральный процессор, графический процессор -- требуют собственных систем охлаждения; прошли те времена, когда эти микросхемы довольствовались маленьким радиатором. Новый системный блок оборудуется несколькими вентиляторами: как минимум один в блоке питания, один охлаждает процессор, серьёзная видеокарта комплектуется своим вентилятором. Несколько вентиляторов установлены в корпусе компьютера, встречаются даже материнские платы с активным охлаждением микросхем чипсета. Некоторые современные жёсткие диски также разогреваются до заметных температур.

Большинство компьютеров оборудуется охлаждением по принципу минимизации стоимости: устанавливается один, два шумных корпусных вентилятора, процессор оборудуется штатной системой охлаждения. Охлаждение получается достаточным, дешёвым, но очень шумным.

Существует другой выход -- сложные технические решения: жидкостное (обычно водяное) охлаждение, фреоновое охлаждение, специальный алюминиевый корпус компьютера, который рассеивает тепло по всей своей поверхности (по сути, работает как радиатор). Для некоторых задач такие решения использовать необходимо: например, для студии звукозаписи, где компьютер должен быть полностью бесшумен. Для обычного домашнего и офисного применения такие специализированные системы чересчур дороги: их цены начинаются от сотни долларов и выше. Подобные варианты на сегодня весьма экзотичны.

1. Специальная часть

1.1 Краткая характеристика предприятия

Индивидуальный предприниматель Малькова Людмила Ивановна зарегистрирован

15 октября 2012 года в Инспекции Федеральной налоговой службы по городу-курорту Геленджику Краснодарского края.

ИП присвоен ОГРН 312230428900022, ИНН 230401201260.

В соответствии с регистрационными документами основным видом деятельности является техническое обслуживание и ремонт офисных машин и вычислительной техники.

У индивидуального предпринимателя также имеются дополнительные оквэд:

Прочая розничная торговля в специализированных магазинах;

Розничная торговля вне магазинов;

Консультирование по аппаратным средствам вычислительной техники;

Деятельность по созданию и использованию баз данных и информационных ресурсов, в том числе ресурсов сети Интернет;

Прочая деятельность, связанная с использованием вычислительной техники и информационных технологий;

Предоставление различных видов услуг;

Предоставление секретарских, редакторских услуг и услуг по переводу;

Прочая деятельность по организации отдыха и развлечений;

ИП «Малькова Л.И.» предлагает полный спектр услуг по ремонту, модернизации, абонентскому обслуживанию компьютеров и скорой компьютерной помощи. Специалисты оперативно починят компьютер, помогут настроить правильную работу компьютерного оборудования, проведут диагностику на дому. ИП «Малькова Л.И.» успешно развивается, а также в скором времени будет расширяться. Производственная структура предприятия представляет собой совокупность трех подразделений:

технический отдел;

управление кадрами;

финансово-бухгалтерская подсистема.

Учетная политика службы формируется главным бухгалтером и утверждается руководителем предприятия.

Сотрудниками компании разработаны различные методики диагностики оборудования,

что позволяет в короткий срок проанализировать ситуацию и дать подробную консультацию. ИП «Малькова Л.И.» обладаем многолетним опытом работы в сфере обслуживания ПК и продолжаем держать «руку на пульсе», следя за изменением тенденций и за появлением инноваций на рынке. 

Обслуживание ПК - (персональных компьютеров) включает в себя мониторинг состояния работоспособности, установку и инсталляцию программного обеспечения, а так же проведение своевременных профилактических работ. Комплексный подход к обслуживанию позволяет предотвратить поломки и недочеты в работе техники, что продлевает срок жизни компьютера и уменьшает затраты на покупку новых единиц.

Наше время - это время высокоразвитых информационных технологий. Для эффективной работы организации необходимо наличие грамотно настроенной компьютерной сети. Время и информация являются одной из самых дорогих составляющих успешного бизнеса и какие-либо помехи и задержки при передаче могут вылиться в значительные издержки и затраты.

Наличие бесперебойно работающей сети в организации является неоспоримым конкурентным преимуществом, но требует особого внимания, так как от решения вопросов обслуживания будет зависеть продуктивность ее работы.

Из-за сбоев в работе персональных компьютеров можно потерять важного клиента, получить недостоверные данные, могут возникнуть трудности при осуществлении документооборота и в бухгалтерской отчетности.

Предприятие предлагает следующие виды работ по обслуживанию персональных компьютеров:

Администрирование локально-вычислительной сети.

Оптимизация и мониторинг работы локально-вычислительной сети. 

Помощь в выборе, закупке и доставке необходимого оборудования.

Устранение физических неисправностей в локально-вычислительной сети.

Регулярный аудит IT-инфраструктуры.

Консультации в выборе программного обеспечения. 

Установка и инсталляция программного обеспечения. 

Поддержка работоспособности программного обеспечения. 

Обновление стандартного программного обеспечения. 

Управление лицензиями. 

Установка и консультирование по использованию стандартного ПО. 

Установка и консультирование по использованию специализированного ПО.

1.2 Анализ служебного назначения устройства

Виды систем охлаждения ПК.

Начиная описывать виды (или классификацию) систем охлаждения встаёт вопрос: по каким критериям или признакам упорядочить это описание? Ведь у каждого вида С.О. (системы охлаждения) есть свои характеристики, также метод или способ, которым охлаждаются компоненты ПК, притом у каждой свой КПД (или эффективность), своё место внутри системного блока, т.е. С.О. может быть предназначена для охлаждения процессора, видеокарты, блока питания, а сегодня возможны варианты охлаждения жёстких дисков и оперативной памяти, не говоря об отдельных чипах на материнской плате. Рациональным здесь будет оценка исходя из того, как или каким способом охлаждается данный компонент ПК, имеется в виду то, какая эта система и при помощи чего она отводит тепло (воздух, жидкость).

Поэтому будет описание трёх основных классов:

Радиаторное;

Воздушное охлаждение;

Жидкостное охлаждение;

Следует указать, что все эти три класса объединяет одно - в основном тепловая энергия проходит непосредственно от самого охлаждаемого элемента через термопасту на металлическую плитку, с которой эта энергия рассеивается одним из выше перечисленных способов, а термопаста является одним из важнейших элементов любой С.О., потому что без неё тепло не передастся на плитку и заданный элемент охлаждаться не будет. Ещё следует заметить, что в практике немало комбинаций этих классов, таких как: радиатор и вентилятор, радиатор и тепловые трубки.

Описание систем охлаждения для ПК.

Радиаторные системы охлаждения представляют собой металлическую пластину с большой теплопроводностью, на которой перпендикулярно припаяны металлические рёбра, Таким образом, конструкция монолитна, подвижных узлов не имеет, и, как описано выше может комбинироваться с устройствами других классов, в основном используются только они. Изготавливаются радиаторы из меди, алюминия и других композитных материалов. На сегодняшний день применение радиаторов становится всё менее эффективным, потому что охладить даже самые простые и дешёвые процессоры или видеокарты при помощи радиаторов не представляется возможным. Именно поэтому чаще всего они охлаждают второстепенные компоненты, наименее нуждающиеся в охлаждении.

Воздушное охлаждение. Этот класс представлен специальными вентиляторами с лопастями соответствующей формы (рисунок 1). В ПК могут использоваться для всех охлаждаемых компонентов, но, в основном, в комбинации с радиатором для более эффективного охлаждения.

Рисунок 1 - Вентилятор для воздушного охлаждения ПК

Штатный кулер с радиатором для сокета LGA 775 для ПК с процессорами Intel.

Лопасти приводятся в движение при помощи двигателей разных типов и конструкций (о двигателях в следующей главе). Кулеры не потребляют много энергии и стоят довольно дёшево. Но в минусы таких систем может входить высокий уровень шума.

Жидкостное охлаждение. Представлены самым разнообразным перечнем устройств, поэтому следует отметить основной принцип охлаждения. Охлаждение производится за счёт циркулирования жидкости по так называемому контуру охлаждения, т.е. по всей ёмкости, по которой может циркулировать жидкость. Жидкость поступает к охлаждаемому элементу, нагревается или доводится до кипения, затем отводится или конденсируется в области контура, где может стоять радиатор или комбинация радиатора и кулера. Без комбинирования жидкостной С.О. (Системой Охлаждения) с системами других классов её эффективность резко падает или сводится к нулю.

Жидкость должна обладать высокой теплопроводностью, используются жидкости: чаще всего - дистиллированная вода, часто с добавками, имеющими бактерицидный и/или антигальванический эффект; иногда - масло, жидкий металл, другие специальные жидкости.

Типовые жидкостные С.О. могут состоять из:

Помпы - насоса для циркуляции воды;

Теплообменника (ватерблока, водоблока, головки охлаждения) - устройства, отбирающего тепло у охлаждаемого элемента;

Специального радиатора для рассеивания тепла охлаждающей жидкости;

Резервуара с жидкостью;

Шлангов или труб;

Контурные тепловые трубы.

Организация воздушных потоков в корпусе ПК. Немаловажную роль в охлаждении ПК играет такая организация, т.к. в противном случае нагретый воздух в корпусе может нарушить температурный режим, предписанный в технических требованиях или характеристиках, следствием этого может встать выход из строя любого из узлов ПК, что может, в свою очередь, означать прекращение работы всей системы.

Поэтому из корпуса ПК должен отводиться нагретый воздух, в связи с этим есть три способа управления воздушными потоками:

Пассивный;

Активный;

Комбинированный - сочетание активного и пассивного;

Для оптимального охлаждения с приемлемым уровнем шума вентиляторов в современных ПК нужно соблюдать два требования (рисунок 2):

Соблюдать теплообмен между корпусом ПК и окружающей средой, а для этого нужно обеспечить низкие потери давления в системе вентиляции корпуса. Заодно это может уменьшить шум вентиляторов.

Организовать в корпусе ПК воздушные потоки так, чтобы они омывали нагревающиеся узлы. Это обеспечит подачу к ним охлаждающего воздуха с температурой приближающейся температуре воздуха за пределами корпуса.

Рисунок 2 - Воздушные потоки в корпусе ПК

Теперь о способах управления воздушными потоками:

Пассивный

Для этого больше подходит корпус с малым аэродинамическим сопротивлением, в корпусе с большим аэродинамическим сопротивлением это практически невозможно, потому что среди множества проходных сечений в нем, равных по сопротивлению, невозможно

создать преобладающий воздушный поток.

В сложном сечении, показанном на рисунке 3, объем воздуха V2, V3, V4, V5 распределяется пропорционально площади элементарного сечения S2, S3, S4, S5. Сечения показаны в плоскости, хотя реально они расположены в трех координатах X,Y,Z в каждом рассматриваемом сечении. Так же условно сечения разделены на отдельные элементы.

Рисунок 3 - Пассивный способ движения воздушных потоков

При этом объем воздуха на выходе Vвых равен сумме объемов V2, V3, V4, V5, умноженных на коэффициент k, походящих через сечения S2, S3, S4, S5.

При малых перегревах воздуха (до 5 град. С) коэффициент k можно не учитывать.

Vвх = kV2 + kV3 + kV4 + kV5 = Vвых = kVвх

k - коэффициент определяющий увеличение объема воздуха при нагреве его от температуры tвх до tвых.

Таким образом, задавая площади элементарных сечений можно распределять объем проходящего через них воздуха в любом необходимом сечении корпуса.

Хотя более удобно оперировать в этих вычислениях массой воздуха m, которая не зависит от нагрева.

mвх = m2 + m3 + m4 + m5 = mвых

Для рассмотренного на рисунке 3 объема можно применить правило:

Сумма масс (m) воздуха входящих в любой охлаждаемый объем равна сумме масс воздуха проходящего в любом проходном сечении этого объема и равна сумме масс выходящего из объема воздуха.

Но необходимо помнить! Что масса воздуха на входе и выходе из охлаждаемого объема равны, а объем нагретого воздуха больше объема воздуха на входе. Объем воздуха на выходе зависит от температуры нагрева.

Комбинированный. Для того чтобы объяснить активный способ распределения воздушных потоков рассмотрим комбинированный способ, где активная ветвь работает наиболее наглядно, где активная ветвь берет на себя до 50% общего воздушного потока. Но больших величинах растет аэродинамическое сопротивление корпуса. Корпус тоже лучше взять с низким аэродинамическим сопротивлением. Зачем нужно такое регулирование?

Оно позволяет направить в нужное вам место требуемое количество воздуха, а остальной воздух распределить с помощью пассивного способа. Там где вы выделяете из общего воздушного потока дозированное количество и есть зона активного регулирования.

Активное охлаждение чаще обеспечивается вентиляторами.

А об активном способе отдельно говорить не имеет смысла. Просто нужно правильно распределить перфорации (измеряются в см2) между активным и пассивным способами охлаждения. Рекомендуется по 1/2 на каждый способ.

1.3 Анализ современного состояния производства устройств

В последнее время гонка производительности настольных ПК поднялась на новый уровень. Растут тактовые частоты, вычислительные мощности, переход на многоядерную архитектуру и внедрение архитектуры х64 призвано поднять производительность ПК на новый уровень. Но существует обратная сторона медали.

Ни для кого не секрет, что высокое быстродействие современных компьютеров имеет свою цену: они потребляют огромную мощность, которая рассеивается в виде тепла. Почему он греется - причина проста: как любой электроприбор, компьютер рассеивает часть (порой весьма значительную) потребляемой электроэнергии в виде тепла - например, процессор переводит в тепло почти всю использованную энергию.

Чем больше ее нужно системному блоку, тем сильнее нагреваются его компоненты. Если тепло вовремя не отводить, это может привести к самым неприятным результат, то есть к перегреву системы, а это не есть хорошо. Возникновение системы охлаждения произошло в середине девяностых годов прошлого века.

Для того, чтобы выполнить этот процесс, в частности, для того, чтобы охладить все микросхемы, вошло в применение определенная циркуляция воздуха внутри системного блока. Но после того, как казалось бы, данная система охлаждения уже была достаточно отлажена, появились микропроцессоры, для которых данный вариант охлаждения уже категорически не подходил. Фирмы-производители данных процессоров предлагали пользователям, которые приобрели данный продукт, начать использовать радиаторы, прошли те времена, когда эти микросхемы довольствовались маленьким радиатором.

Новый системный блок оборудуется несколькими вентиляторами: как минимум один в блоке питания, один охлаждает процессор, мало-мальски серьёзная видеокарта комплектуется своим вентилятором.

Несколько вентиляторов установлены в корпусе компьютера, встречаются даже материнские платы с активным охлаждением микросхем чипсета.

К основным выделителям тепла можно отнести центральный и графический процессоры.

Они требуют собственных систем охлаждения, некоторые современные жёсткие диски также разогреваются до заметных температур, но как правило на них не устанавливается радиатор или какая иная система отвода тепла, а охлаждается потоками воздуха.

По мере того, как чипы становятся все более мощными и миниатюрными, сегодняшние массовые решения, основанные на охлаждении металлических радиаторов воздушным потоком, начнут все дальше и дальше отступать в прошлое, уступая свое место новым решениям или даже их комбинациям.

1.4 Преимущества и недостатки различных моделей систем охлаждения

По способу отвода тепла от нагревающихся элементов, системы охлаждения делятся на:

Пассивные системы охлаждения

Системы воздушного (аэрогенного) охлаждения

Системы жидкостного охлаждения

Фреоновая установка

Системы открытого испарения

Термоэлектрические системы охлаждения

Системы каскадного охлаждения

Термоэлектрические системы охлаждения

Альтернативные системы охлаждения

Охлаждение жидким азотом

Пассивные системы охлаждения.

Пассивные системы были первыми охлаждающими устройствами в эволюции холодильного оборудования для компьютеров (рисунок 4).

Свое название они получили из-за отсутствия движущихся механизмов и источников питания. Обычный радиатор - самая распространенная пассивная система охлаждения, работающая на принципах теплообмена с окружающим воздухом и естественной конвекции воздушных потоков (горячий воздух поднимается, холодный - опускается). Эффективность работы радиатора зависит от двух факторов: площади поверхности и материала изготовления. Чем больше площадь поверхности ребер радиатора - тем большее количество тепла он способен рассеять в окружающую среду.

Рисунок 4 - Пассивная система охлаждения - обычный радиатор

Достоинства: экономность, надежная работа, безопасность, отсутствие шума.

Недостатки: низкая эффективность для современного оборудования.

В современных компьютерах из-за высокого тепловыделения компонентов охлаждение только с помощью пассивных систем невозможно. Поэтому пассивные системы охлаждения являются неизменными спутниками активных систем и в качестве автономного кулера выступают только в наименее горячих местах.

Воздушная система охлаждения. Старое доброе воздушное охлаждение до сих пор остается самым популярным способом борьбы с температурными излишками. Суть этого метода сводится к организации правильного воздушного потока - горячий воздух должен эффективно выводиться за пределы системного блока. Обычно устанавливают один или несколько вентиляторов, которые обеспечивают циркуляцию воздушного потока от передней стенки корпуса к задней. В непродуманной системе воздушного охлаждения может происходить застой воздуха или миграция горячего воздуха от одной комплектующей к другой, а это значит, что система охлаждения превращается в систему нагревания. Правило эффективности воздушного охлаждения очень простое: чем интенсивнее поток воздуха, тем лучше отводится тепло от греющихся узлов. Для повышения качества обдува можно использовать один или несколько методов:

увеличение количества вентиляторов;

увеличение скорости вращения крыльчатки;

установка вентиляторов большего диаметра;

увеличение количества лопастей, а также изменение их формы (т. е. замена существующих вентиляторов на более «продвинутые» модели);

разработка более эффективной схемы движения воздушных масс;

устранение препятствий на пути отвода воздуха.

Очень часто эффективность работы вентилятора повышают путем добавления радиатора (пассивной системы охлаждения) - наиболее распространенный тип систем охлаждения в настоящее время. Отличается высокой универсальностью - радиаторы устанавливаются на большинство компьютерных компонентов с высоким тепловыделением.

Достоинства: низкая стоимость; простота в установке и обслуживании.

Недостатки: основной источник шума в компьютере; скромные, в сравнении с другими активными системами, показатели эффективности; небольшой потенциал для покрытия

постоянно возрастающих потребностей в охлаждении.

Для подавляющего большинства пользователей воздушные системы (в комплекте с радиаторами) остаются, фактически, единственной альтернативой для отвода тепла.

Жидкостные системы охлаждения. В последнее время компоненты компьютера становятся всё горячее, для того чтобы их охладить приходится применять более эффективные системы охлаждения. В последнее время всё большую популярность приобретает водяные системы охлаждения (рисунок 5) Основные компоненты водяной системы охлаждения рассмотрим на модели конструкции:

Рисунок 5 - Жидкостные системы охлаждения.

Вода подается по шлангу помпой (3) на ватерблоки (5,6,7), проходя по каналам ватерблоков, вода забирает тепло, и далее подаётся в радиатор (2), обдуваемый блоком вентиляторов (1). Таким образом, тепло принудительно выводится за пределы корпуса. Расширительный бачок (4) предотвращает наличие воздуха в системе, повышает объём теплоносителя (воды) в системе, тем самым увеличивает инертность системы, к тому же вода в бачке охлаждает помпу. Блок вентиляторов призван охлаждать радиатор.

Радиатор охлаждает воду, передавая тепло воздуху.

Водяная помпа - является сердцем всей системы охлаждения, которая перекачивает воду. Надёжность водяной системы охлаждения как раз зависит только от неё.

Главные характеристики помпы - производительность (литров в час), и высота подъема воды (метры).

Расширительный бачок.

Выполняет следующие функции:

удаление излишков теплоносителя при его нагреве;

восполнение объема при нехватке теплоносителя, вследствие его охлаждения;

Жидкость в бачке.

Выполняет функции теплоносителя. Как правило, заливаются дистиллированная вода.

Ватерблоки.

Ватерблоки - это рабочий инструмент системы. Как правило, изготавливается из наиболее теплопроводного материала (рисунок 6), для того, чтобы наиболее быстро передать тепло от чипа теплоносителю (воде). Самым дешевым из наилучших по теплопроводности материалом является медь.

Рисунок 6 - Ватерблоки, изготвленные из меди

Процессорный ватерблок.

Самый важный ватерблок в системе. Процессор, как устройство наиболее горячее требует и лучшего охлаждения.

Ватерблок под чипсет.

Чипсет - самый "холодный" чип в системе из всех. С пассивным радиатором он нагреется до 40-45 градусов, но если отводить тепло за пределы корпуса, то отводить, да и надёжность системы это должно увеличить

Штуцера для ватерблоков

Лучший материал - латунь, она менее подвергается окислению и коррозии, кроме того не будет конфликтовать с медным основанием ватерблока.

Трубки

Трубки силиконовые диаметром 10-12мм

Достоинства: почти бесшумная работа, слышен шум журчания воды; высокая эффективность охлаждения, отсутствие передачи тепла от одного узла к другому (как в случае с воздушным охлаждением).

Недостатки: высокая стоимость; сложность установки, большой размер системы, высокая вероятность повреждения ряда ключевых компьютерных компонентов при разгерметизации системы или выходе из строя помпы. Несмотря на все недостатки подобных систем, они получают все более широкое распространение в связи с перманентным ростом требований к охлаждению новых компьютеров.

Фреоновые установки

Холодильная установка, испаритель которой установлен непосредственно на охлаждаемый компонент. Такие системы позволяют получить отрицательные температуры на охлаждаемом компоненте при непрерывной работе, что необходимо для экстремального разгона процессоров.

Недостатки:

Необходимость теплоизоляции холодной части системы и борьбы с конденсатом.

Трудности охлаждения нескольких компонентов.

Повышенное электропотребление.

Сложность и дороговизна.

Ватерчиллеры Системы совмещающие системы жидкостного охлаждения и фреоновые установки. В таких системах антифриз, циркулирующий в системе жидкостного охлаждения, охлаждается с помощью фреоновой установки в специальном теплообменнике.

Это самая малоэффективная и самая доступная из экстремальных систем.

К недостаткам таких систем относится большая их сложность и стоимость, а также необходимость теплоизоляции всей системы жидкостного охлаждения.

Системы открытого испарения

Установки, в которых в качестве хладагента (рабочего тела) используется сухой лёд, жидкий азот или гелий, испаряющийся в специальной открытой ёмкости (стакане), установленной непосредственно на охлаждаемом элементе. Используются в основном компьютерными энтузиастами для экстремального разгона аппаратуры («оверклокинга»). Позволяют получать наиболее низкие температуры, но имеют ограниченное время работы (требуют постоянного пополнения стакана хладагентом).

Системы каскадного охлаждения

Каскадное охлаждение основано на использовании соединенных последовательно

нескольких парокомпрессионных машин с различными хладагентами, отличающимися по температуре кипения. Суть каскадного охлаждения состоит в том, что хладагент, сжижающийся при более высокой температуре, служит для конденсации паров труднее конденсируемого хладагента. Каскадное охлаждение основано на использовании соединенных последовательно нескольких парокомпрессионных машин с различными хладагентами, отличающимися по температуре кипения. Суть каскадного охлаждения состоит в том, что хладагент, сжижающийся при более высокой температуре, служит для конденсации паров труднее конденсируемого хладагента.

Термоэлектрические системы охлаждения (рисунок 7).

Термоэлектрический эффект был открыт французом Жаном Пельтье и с тех пор носит его имя. Суть явления заключается в изменении температуры полупроводниковых соединений при прохождении через них тока в определенном направлении.

Рисунок 7 - Термоэлектрические системы охлаждения

Современные системы Пельтье представляют собой пару пластин, контактирующих с системой полупроводников. В результате прохождения тока определенной полярности через полупроводниковые переходы одна из пластин охлаждается и служит радиатором, а вторая нагревается и используется для отвода тепла. Хорошая одноступенчатая система Пельтье обеспечивает разность температур до 70С градусов.

Еще большего эффекта можно достичь путем каскадного подключения нескольких модулей Пельтье.

Достоинства: высокая эффективность, компактный размер модуля, отсутствие движущихся элементов, бесшумность, возможность точной регулировки температурного режима

Недостатки: высокая стоимость, обязательная связка с другими системами охлаждения; при выходе элементов из строя происходит быстрый перегрев охлаждаемого компонента; высокое энергопотребление, вероятность образования опасного для электронных компонентов конденсата

Альтернативные системы охлаждения

Не иссякает энтузиазм у экспериментаторов, рождая на свет совершенно экзотические системы охлаждения. Некоторые из них иногда даже поступают в серийное производство.

Примером могут служить системы, основанные на фазовом переходе. На фазовом переходе фреона основан принцип охлаждения в обычном бытовом холодильнике. Система циркуляции и теплоотвода отработана до такого уровня, что поломки в современных холодильниках случаются довольно редко. Именно это и послужило идеей создания по этому же принципу систем охлаждения наиболее тепловыделяющих узлов компьютера (рисунок 8).

Рисунок 8 - Альтернативные системы охлаждения ПК

Охлаждение жидким азотом (рисунок 9).

Рисунок 9 - Охлаждение жидким азотом

Жидкий азот имеет температуру -196°С, благодаря этому, жидкий азот это самое эффективное средство для охлаждения процессора.

Рассмотрим вопрос охлаждения ноутбука (рисунок 10). Каждый новый владелец ноутбука обязательно сталкивается с предостерегающей надписью в самом начале руководства, выделенной жирным шрифтом, смысл которой в следующем: нельзя использовать ноутбук, расположив его на мягкой поверхности, класть на колени, закрывать вентиляционные отверстия, затруднять доступ воздуха к входным вентиляционным отверстиям.

Рисунок 10- Охлаждение ноутбука

Методы лечения: сбиваем температуру на несколько градусов.

Многие, работая на ноутбуке, подкладывают под него карандаши или коробки от дисков с целью увеличения зазора между дном компьютера и поверхностью стола, тем самым, обеспечивая дополнительный приток холодного воздуха с вентиляционным отверстиям. Некоторые предложения от производителей основаны именно на этом принципе. Так, например, известная своими сумками для ноутбуков фирма Targus предлагает подставку, которая помимо улучшения охлаждения размещает клавиатуру под небольшим наклоном. Многим покажется это удобным и эргономичным решением. Ко всему прочему подставка может вращаться на неподвижной платформе, что очень удобно при проведении презентаций или брифингов.

Самый распространенный вариант исполнения - использование дополнительных вентиляторов. Подставка в виде планшета кладется непосредственно под сам ноутбук. Обычно эти устройства оснащены двумя или четырьмя кулерами, которые обеспечивают поступление холодного воздуха непосредственно в нижнюю часть корпуса ноутбука, где чаще всего расположены входные вентиляционные отверстия системы охлаждения. Питание осуществляется через порт USB, но встречаются модели и со своим блоком питания в виде выносного адаптера. Часто такие подставки имеют несколько дополнительных интерфейсов (например, USB разъемы), что очень удобно. Почти всегда есть регулятор оборотов вращения вентиляторов, что позволяет выбрать наиболее комфортный режим работы. Некоторые производители изготавливают корпуса своих «кулпадов» из алюминия, утверждая, что он забирает часть выделяемого ноутбуком тепла. С основной задачей - сбить температуру на несколько градусов такие устройства справляются, при этом предоставляя дополнительные удобства.

Основные плюсы:

-эффективно охлаждает компоненты системы;

-позволяет размещать ноутбук на мягкой поверхности;

-во многих случаях красивый аксессуар с оригинальным дизайном, эффектно дополняющий внешний вид ноутбука;

-как правило, имеет дополнительные USB порты, а иногда и кардридер.

Основные минусы:

-увеличивает высоту расположения клавиатуры над поверхностью стола;

-не очень удобен при транспортировке (лучший вариант для его использования - стационарное рабочее место);

-при автономной работе ноутбука от аккумуляторных батарей, кулер расходует часть энергии, тем самым -сокращая время работы всей системы;

-большинство используют питание от USB порта самого ноутбука;

-вносит дополнительный шум.

Вывод:

Самая достойная система охлаждения это воздушная, она проста в установке и не требует обслуживания, кроме замены термопасты, подойдет любому пользователю, также ее плюсом является то, что при слабых мощностях компьютеров можно использовать пассивную, воздушную систему охлаждения, что полностью избавит конечного потребителя от шума вентиляторов. Самой эффективной системой охлаждения я бы признал водяную, так как на фоне остальных систем (не беря в расчет воздушную) она самая дешевая. И со своими обязанностями справляется хорошо, остальные системы - это удел энтузиастов, стремящихся к разгону.

Советы по охлаждению ПК: охлаждение компьютер тепловыделение

Обратите внимание на расположение системного блока: обеспечьте свободный воздух ко всем вентиляционным отверстиям.

Свободное пространство от задней стенки “системника” примерно должно быть равно двум расстояниям диаметра вытяжного вентилятора.

Обязательное наличие кулеров на центральном процессоре, графическом процессоре видеокарты и в блоке питания.

Для более мощных компьютеров, или в более жарких условиях, применяются дополнительные кулера для микросхем северного моста, жестких дисков и дополнительный вытяжной кулер на задней стенки корпуса ПК.

Забор воздуха должен осуществляться внизу и спереди (наиболее “холодная” зона), а вывод теплого воздуха производиться в верхней задней части блока питания.

Использовать возможность естественной вентиляции отсеков жестких дисков за счет слегка отогнутых заглушек свободных отсеков.

2. Технологическая часть

2.1 Возможные причины возникновения неисправностей устройства

Поиск неисправностей, причины и способы их устранения в системе воздушного охлаждения ПК представлена в таблице 1.

Таблица 1 - Описание неисправностей и способы их устранения

Описание неисправности	Возможные причины	Способы устранения
Один из кулеров не крутится в системном блоке	1. Не плотно подсоединены разъемы питания к материнской плате.	1. Проверить плотность подключения разъемов питания или переподключить их.
	2. Бракованный или сгоревший кулер.	2. Заменить кулер.
	3. Загрязнение кулера.	3. Почистить и смазать маслом кулер.
Кулер крутится медленно или рывками	1. Загрязнение кулера.	1. Почистить и смазать маслом кулер.
	2. Надрыв одного из проводов питания кулера.	2. Попробовать восстановить разрыв, или заменить кулер.
Кулер крутиться, но плохо охлаждает систему.	1. Загрязнение радиатора пылью.	1. Очистить радиатор от пыли, смазать термопастой.

2.2 Поиск и устранение неисправностей С.О.

Внутри корпуса жесткого диска над поверхностью вращающихся пластин скользят подвижные магнитные головки, управляемые высокоточной механикой. Они осуществляют запись и чтение данных. При нагревании материалы, из которых сделаны компоненты диска, расширяются. В рабочем диапазоне температур механика и электроника вполне справляются с тепловым расширением. Однако при перегреве оно превышает допустимые пределы, и головки жесткого диска могут «промахиваться», записывая данные не там, где нужно, пока компьютер не будет выключен. А когда его снова включат, остывший жесткий диск не сможет найти данные, записанные в перегретом состоянии. В подобном случае информацию удается спасти только при помощи сложного и дорогого спецоборудования. Если температура превышает 45°С, для охлаждения жесткого диска рекомендуется установить дополнительный вентилятор.

Налицо парадокс: тепловая нагрузка в современных корпусах растет высокими темпами, а их конструкция почти не меняется: производители берут за основу рекомендованный Intel дизайн почти 10-летней давности. Модели, приспособленные к интенсивному тепловыделению, встречаются нечасто, а малошумные - и того реже.

Последствия перегрева. При избытке тепла компьютер в лучшем случае начнет тормозить и зависать, а в худшем - один или несколько компонентов выйдут из строя. Высокие температуры очень вредны для «здоровья» элементной базы (микросхем, конденсаторов и пр.), особенно для жесткого диска, перегрев которого чреват потерей данных.

Примерные параметры тепловыделения приведены ниже в таблице 2:

Таблица 2 - Основные источники перегрева ПК и параметры тепловыделения.

Примерные параметры тепловыделения компонентов среднестатистического системного блока компьютера (при высокой вычислительной нагрузке). Основными источниками тепла являются материнская плата, центральный процессор и графический процессор видеокарты (на их долю приходится более половины рассеиваемого тепла).

Емкость современных HDD позволяет хранить на них обширные коллекции музыки и видео, рабочие документы, цифровые фотоальбомы, игры и многое другое. Диски становятся все компактнее и быстрее, но за это приходится расплачиваться большей плотностью записи данных, хрупкостью конструкции, а значит, и уязвимостью начинки. Допуски при производстве емких накопителей измеряются микронами, так что малейший «шаг в сторону» выводит диск из строя. Потому HDD столь чувствительны к внешним воздействиям. Если диску приходится работать в неоптимальных условиях (например, с перегревом), вероятность потери записанных данных резко возрастает.

Если температура воздуха в системном блоке держится на уровне 36°С или выше, а температура процессора - более 60°С (либо жесткий диск постоянно нагревается до 45°С), пора принимать меры по улучшению охлаждения.

Но прежде чем бежать в магазин за новым кулером, примите во внимание несколько моментов. Не исключено, что проблему перегрева можно решить более простым способом. Например, системный блок должен располагаться так, чтобы имелся свободный доступ воздуха ко всем вентиляционным отверстиям. Расстояние, на которое его тыльная часть отстоит от стены или мебели, должно быть не меньше, чем два диаметра вытяжного вентилятора. Иначе возрастает сопротивление оттоку воздуха, а главное - нагретый воздух дольше остается рядом с вентиляционными отверстиями, так что значительная его часть вновь попадает в системный блок. Если он установлен неправильно, от перегрева не спасет даже самый мощный кулер (эффективность работы которого определяется разностью между его температурой и температурой охлаждающего радиатор воздуха).

Описание технологии поиска и устранения неисправностей и профилактического обслуживания системы охлаждения ПК.

В связи с большим количеством пыли в помещениях, необходимо время от времени очищать системный блок, а именно систему охлаждения, периодичность очистки корпуса зависит от места, где установлен ПК. Если он установлен в хорошо проветриваемом помещении, то очистку следует проводить раз в 3 года. Если в квартире, где регулярно моют полы - раз в год. В офисе - раз полгода. А если он стоит под столом - то раз в 3-4месяца.

В корпусах типа ATX и совместимых с ними вентилятор блока питания обычно нагнетает воздух в корпусе компьютера (пассивное охлаждение процессора). Если закрыть всасывающее отверстие сеткой, то количество пыли в корпусе заметно уменьшится.

Корпус спроектирован с таким расчетом, чтобы проходящий через корпус воздух охлаждал все компоненты, а затем выходил из него.

Не вдаваясь в тонкости происходящих процессов можно сказать - пыль отлагается, в первую очередь, в местах где происходит резкое изменение давления (или скорости воздушного потока).

Поэтому стоит обращать внимание на места отложения пыли, они говорят о критических точках системы охлаждения, это лопасти вентилятора, пыль на них отлагается всегда за счет завихрений воздушных потоков. Но если на них происходит срыв воздушного потока, отложение резко усиливается. Это происходит тогда, когда давление создаваемое вентилятором меньше чем аэродинамическое сопротивление корпуса компьютера.

В этом случае расход воздуха через вентилятор падает и происходит срыв воздушных потоков на вентиляторе, появляются зоны перепадов давления и в них захватываются пылинки, которые сталкиваясь с движущимися на большой скорости лопастями, внедряясь в их поверхность. Если обратить внимание отложения получаются достаточно плотные, т.е. характеристики вентилятора не согласованы с импедансом устройства и работает неэффективно.

Это требует доработки системы вентиляции или замены вентилятора. Между ребрами радиатора. В этом случае в межреберном зазоре имеет место падение скорости воздушного потока, что снижает эффективность охлаждения, причинами могут быть слишком большая шероховатость поверхности ребер, вентилятор недостаточной производительности, проблема решается заменой куллера (блока радиатор - вентилятор). Непосредственно за входными отверстиями охлаждающего воздуха (обычно на дне системного блока).

В этом месте, когда воздух проходя через небольшое отверстие попадает во много раз большее сечение внутреннего объема имеет место именно резкое падение давления или снижения скорости воздушного потока. Аналогично происходит на выходе воздушного потока из межреберного пространства куллера. Простейшим выходом из имеющейся ситуации является установка фильтра. Но это сопряжено с некоторыми проблемам. Для чистки системного блока применяются следующие инструменты: пылесос со щеткой на раструбе - несколько кистей разных размеров с упругим волосом - баночку для снятого крепежа - отвертку (крестовую). Большая кисть имеет упругий натуральный волос длинной 55 мм.

Она удобна для чистки всех узлов системного блока, не мнется и хорошо очищается от пыли.

Малую кисть можно использовать для чистки лопастей вентиляторов и видеокарты. Кистью можно согнать пыль с загрязненной поверхности, но она снова сядет на детали компьютера, поэтому чистку необходимо проводить с постоянным отсосом воздуха и с ним, сметенной пыли.

Для отсоса можно использовать любой пылесос. Главное, чтобы всасывающий раструб имел по периметру щетку.

Пыль отлагается на поверхностях узлов направленных вверх, это днище, верхние поверхности fdd, hdd, cd-r, видеокарты, пыль отлагается так же в каналах радиаторов и на выходе из них или прилегающих к выходу из каналов поверхностях.

Между куллером и центральным или видео процессором наносится тонкий слой термопасты для улучшения охлаждения. При замене старой термопасты используют качественную теплопроводящую пасту, размазанную тонким слоем, это в дальнейшем, не приведет к перегреву процессоров.

Сначала проводится очистка корпуса, потом очистка видеокарты и других устройств, потом осмотр и окончательная чистка корпуса перед установкой крышки.

Видеокарту и другие устройства установленные в слоты, необходимо чистить вынимая их из корпуса, такая чистка считается более качественной.

Переднюю панель можно очистить с помощью обычной влажной тряпочки.

Ни в коем случае нельзя использовать средства, содержащие ацетон или другие растворители. Они влияют на состояние пластмассы и могут привести к порче передней панели и приводов дисководов.

2.3 Понятие о надежности устройства

Обзор и тестирование С.О. для процессора

Чтобы показать то, какими разными по исполнению, эффективностью и надежностью могут быть системы охлаждения одного класса нужно провести обзор и тестирование этих систем. Тестирование производится по особой методике и в одинаковых условиях, чтобы наглядно показать и выявить все преимущества и недостатки оборудования, затем полученные результаты сравниваются и делается соответствующий вывод.

Методика тестирования

Все тестирования воздушных систем охлаждения проводятся без использования термошкафа, в обычном помещении, что максимально близко к реальным условиям. Тестирование может проводиться как при использовании открытого стенда, так и в корпусе. Соответствующая информация присутствует на графиках с результатами. Основой для любого сравнения является аналогичность условий. Поэтому тестирование проводится в максимально одинаковых условиях. Кроме того, тестирования начинаются лишь после достаточно долгого прогрева системы.

Перед запуском программы, для нагрева кулер прогревается в системе некоторое время. Лишь по завершении этой операции возможно начало тестирования.

Основным результатом является максимальная температура, которая была достигнута в ходе нагрева. После ее достижения нагрузка прекращается, и система находится в состоянии простоя. По достижении стабильной минимальной температуры фиксируется и этот показатель.

Все данные о температурных показателях процессора берутся с соответствующего датчика материнской платы. В качестве тестовой материнской платы используется продукт от компании Asus, модель Asus P5K Premium. Информация об этой плате также внесена в конфигурацию тестового стенда.

Вторым источником информации являются специальные термопары. Всего в системе их используется две. Одна отвечает за измерение температуры в корпусе. Вторая термопара установлена на один из конденсаторов системы питания материнской платы. Опыты показали, что все конденсаторы имеют близкие температуры, так что вывода информации хотя бы об одном из них вполне достаточно.

Информация об используемой термопасте указана в конфигурации тестового стенда. Исследования также показывают, что у многих термоинтерфейсов с течением времени могут изменяться те или иные свойства. Таким образом, эффективность может либо улучшаться, либо ухудшаться. Для того, чтобы подобные изменения не влияли на сравниваемые показатели разных кулеров, при любой манипуляции с кулером (смена платформы в ходе тестирования: переход от открытого стенда к варианту с использованием корпуса) термоинтерфейс наносится вновь. Это приводит к тому, что во время тестирования всех систем охлаждения термоинтерфейс остается свежим и, значит, обладает одинаковыми свойствами. Кроме того, снятие термопасты осуществляется с помощью спирта, что приводит к полному очищению крышки процессора.

Производители используют различные вентиляторы для своей продукции. Соответственно эти вентиляторы могут отличаться не только по уровню эффективности, но и по уровню шума. Таким образом, для уравнивания условий используется несколько режимов тестирования тех или иных кулеров. Обычно при скорости вращения вентилятора в диапазоне от 1300 до 2000 об/мин тесты проводятся на обеих границах диапазона. Если даже на минимальных оборотах данная модель оказывается объективно более шумной, чем аналоги, то находится тот уровень оборотов, на котором уровень шума будет сопоставим. При этом кулер будет тестироваться не в двух, а в трех режимах. А именно на найденном самом тихом уровне оборотов, на 1300 и на 2000 об/мин. Конечно же, есть определенные исключения, когда в рамках конкретного исследования необходимо провести более объемное изучение. В этом случае могут использоваться и другие режимы.

В некоторых случаях, напротив, используется и вовсе лишь один режим. Однако выводы о кулере строятся на основе комплексной оценки уровня шума и эффективности.

Для тестирования использовалась система:

процессоры - Core 2 Duo E6550 (456 x 7, L2 кэш равен 4096 кб), AMD Athlon 64 X2 3800+ (300 x 10, L2 кэш равен 1024 кб);

термоинтерфейс - Evercool 420;

оперативная память - GoodRam GP1066D264L5, Corsair TWIN2X6400С4-2048 Мб;

материнские платы - Asus P5K Premium, Biostar TA770 A2+;

видеосистема - Sapphire Radeon HD 3650 OC Edition 512 Мб;

блок питания - Silverstone DA850 (850 Вт);

жесткий диск - Serial-ATA Western Digital 500 Гб, 7200 rpm;

операционная система - Windows XP Service Pack 2;

стенд - открытый, расположен горизонтально;

монитор - Benq FP91GP;

утилита для тестирования: S&M, версия 1.9.0a.

Тестируемые продукты:

Noctua NH-U9B

NH-U9B изначально поставляется в разобранном виде.

Отдельно располагается радиатор кулера и вентилятор NF-B9.

В основе системы охлаждения лежит использование четырех медных никелированных тепловых трубок, выполненных в форме буквы U, на которые нанизаны алюминиевые пластины. Межреберное расстояние составляет около 3 мм.

Размеры радиатора составляют 125х95х70. В свою очередь, вес конструкции без вентилятора составляет 460 г, с ним - 550 г.

Ребра радиатора профилированы, и внешняя кромка выглядит волнообразно - данная особенность позволяет снизить сопротивление воздушному потоку.

Второй важный момент - загнутые по бокам пластины.

Не секрет, что в случае кулеров башенной конструкции значительная потеря воздушного потока происходит именно в боковых областях.

Данная же особенность позволяет эти потери минимизировать.

На рисунке 12 изображён Noctua NH-U9B в разобранном виде.

Рисунок 11 - Noctua NH-U9B в разобранном виде.

Кулер может быть установлен на два вида платформ - AM2+ и LGA775. В случае AM2+ предусмотрено два возможных варианта. Связано это, прежде всего, с особенностью размещения монтажных отверстий на таких платах. Сам процесс установки достаточно прост, хотя и занимает значительное количество времени и вынуждает достать плату из корпуса. На кулер можно установить два вентилятора.

Xigmatek HDT-SD964

За продувку радиатора кулера отвечает вентилятор, диаметр которого составляет 92 мм. Рабочий диапазон оборотов колеблется от 1200 до 2800 об/мин. Обеспечивается это штатными возможностями материнской платы. По этой причине разъем питания вентилятора имеет четыре контакта. Xigmatek HDT-SD964 компактен и аккуратен. Это отразилось и на весе продукта, 410 г без вентилятора. Пластины по бокам согнуты вниз, минимизированы потери воздушного потока. Отсутствует подошва. В основании расположены сплющенные тепловые трубки, что приводит к прямому контакту с процессором. Диаметр трубок 6 мм. Установка кулера на процессоры предельно проста. (рисунок 12)

Рисунок 12 Xigmatek HDT-SD964

Для установки кулера на процессорное гнездо типа AM2/AM2+ используется клипса-качель для зафиксировать кулер на стандартной крепежной рамке.

Thermaltake Big Typhoon

Кулер на шести медных тепловых трубках (две пары по три трубки) диаметром 6 мм, которые выходят из медного основания и, оканчиваются в верхней части кулера.

На них нанизаны алюминиевые пластины толщиной примерно 0.3 мм в количестве 140 штук. Пластины, как и трубки, поделены на две равные части по 70 штук в каждой.