Arvuti jahutussüsteemid: passiivne, aktiivne, vedelik, freoon, vesijahuti, avatud aurustamine, kaskaad, Peltier jahutus

Arvuti töötamise ajal lähevad mõned selle komponendid väga kuumaks ja kui tekkivat soojust ei eemaldata piisavalt kiiresti, ei saa arvuti selle peamiste pooljuhtkomponentide normaalsete omaduste rikkumise tõttu lihtsalt töötada.

Soojuse eemaldamine arvuti kütteosadest on kõige olulisem ülesanne, mida lahendab arvuti jahutussüsteem, mis on spetsiaalsete tööriistade komplekt, mis toimib pidevalt, süsteemselt ja harmooniliselt kogu arvuti aktiivse kasutamise aja.

Arvuti jahutussüsteemi töötamise ajal kasutatakse soojust, mis tekib töövoolude liikumisel läbi arvuti põhielementide, eriti selle süsteemiüksuse elementide kaudu.Tekkiv soojushulk sõltub sel juhul arvuti arvutusressurssidest ja selle hetkekoormusest kõigi masina käsutuses olevate ressursside suhtes.

Igal juhul võetakse soojus atmosfääris tagasi. Passiivsel jahutamisel eemaldatakse kuumutatud osadelt soojus radiaatori kaudu tavapärase konvektsiooni ja infrapunakiirguse abil otse ümbritsevasse õhku. Aktiivjahutuses kasutatakse lisaks konvektsioonile ja infrapunakiirgusele ka ventilaatoriga puhumist, mis suurendab konvektsiooni intensiivsust (sellist lahendust nimetatakse «jahutiks»).

On ka vedelikjahutussüsteeme, kus soojus kantakse esmalt üle soojuskandjaga ja seejärel kasutatakse seda uuesti atmosfääris. Seal on avatud aurustussüsteemid, kus soojus eemaldatakse jahutusvedeliku faasisiirde tõttu.

Niisiis, vastavalt arvuti kütteosadest soojuse eemaldamise põhimõttele on olemas jahutussüsteemid: õhkjahutus, vedelikjahutus, freoon, avatud aurustamine ja kombineeritud (Peltieri elementide ja vesijahutite baasil).

Passiivne õhkjahutussüsteem

Seadmed, mis ei ole soojuskoormusega, ei vaja üldse spetsiaalseid jahutussüsteeme. Mittesoojuskoormatud seade on selline, mille soojusvoog köetava pinna ruutsentimeetri kohta (soojusvoo tihedus) ei ületa 0,5 mW. Nendes tingimustes ei ole kuumutatud pinna ülekuumenemine ümbritseva õhu suhtes kõrgem kui 0,5 ° C, tavaline maksimum sellisel juhul on +60 ° C.

Kuid kui komponentide termilised parameetrid nende normaalses töörežiimis ületavad neid väärtusi (soojuse teke on siiski suhteliselt madal), paigaldatakse sellistele komponentidele ainult radiaatorid, st passiivse soojuse eemaldamise seadmed. , nn passiivsed jahutussüsteemid.

Kui kiibi võimsus on väike või kui süsteemi arvutusvõimsuse nõuded on pidevalt piiratud, piisab reeglina ainult jahutusradiaatorist, ka ilma ventilaatorita. Radiaator valitakse igal üksikjuhul eraldi.

Põhimõtteliselt toimib passiivne jahutussüsteem järgmiselt. Soojus kantakse materjali soojusjuhtivuse tõttu või soojustorude abil otse küttekomponendist (kiibist) jahutusradiaatorisse (termosüfoon või aurustuskamber on erinevad põhialused). soojustorudega lahendused).

Radiaatori ülesanne on kiirata soojust infrapunakiirguse kaudu ümbritsevasse ruumi ja edastada soojust lihtsalt läbi ümbritseva õhu soojusjuhtivuse, mis aitab kaasa loomulike konvektsioonivoolude tekkele. Selleks, et soojust võimalikult intensiivselt kogu radiaatori pinnale kiirata, muutub radiaatori pind mustaks.

Eriti tänapäeval (erinevates seadmetes, sealhulgas arvutites) on passiivne jahutussüsteem laialt levinud. Selline süsteem on väga paindlik, kuna radiaatoreid saab hõlpsasti paigaldada enamikule soojusmahukatele komponentidele. Mida suurem on radiaatori soojuseraldusala, seda tõhusam on jahutus.

Olulised jahutuse efektiivsust mõjutavad tegurid on jahutusradiaatorit läbiva õhuvoolu kiirus ja temperatuur (eriti temperatuuride erinevus keskkonnaga).

Paljud teavad, et enne jahutusradiaatori paigaldamist mõnele komponendile on vaja termopastat (nt KPT-8) kanda vastaspindadele. Seda tehakse komponentidevahelise ruumi soojusjuhtivuse suurendamiseks.

Esialgu on probleemiks see, et radiaatori ja selle paigaldatud komponendi pindadel on pärast tehase tootmist ja lihvimist karedust veel suurusjärgus 10 mikronit ning ka peale poleerimist jääb karedust alles ca 5 mikronit. Need ebatasasused takistavad ühenduspindade võimalikult tihedalt kokku surumist ilma vaheta, mille tulemuseks on madala soojusjuhtivusega õhupilu.

Suurima suuruse ja aktiivse alaga jahutusradiaatorid paigaldatakse tavaliselt protsessoritele ja GPU-dele. Kui on vaja kokku panna vaikne arvuti, siis on õhu läbilaskevõime madalat kiirust arvestades vaja spetsiaalseid väga suuri radiaatoreid, mida iseloomustab suurenenud soojuse hajumise efektiivsus.

Aktiivne õhkjahutussüsteem

Jahutuse parandamiseks, õhuvoolu läbi radiaatori intensiivsemaks muutmiseks kasutatakse lisaks ventilaatoreid. Ventilaatoriga varustatud radiaatorit nimetatakse jahutiks. Arvuti graafika- ja keskprotsessoritele on paigaldatud jahutid. Kui mõnele komponendile, näiteks kõvakettale, ei ole võimalik jahutusradiaatorit paigaldada või see pole soovitatav, siis kasutatakse lihtsat ventilaatori puhumist ilma jahutusradiaatorita.Sellest täiesti piisab.

Vedelik jahutussüsteem

Vedelikjahutussüsteem töötab põhimõttel, et süsteemis ringleva töövedeliku abil edastatakse jahutatud komponendist soojus radiaatorisse. Selline vedelik on tavaliselt destilleeritud vesi koos bakteritsiidsete ja galvaaniliste lisanditega või antifriisiga, õli, muud spetsiaalsed vedelikud ja mõnel juhul ka vedel metall.

Selline süsteem sisaldab tingimata: pumpa vedeliku tsirkuleerimiseks ja radiaatorit (veeplokk, jahutuspea), mis eemaldab kütteelemendist soojuse ja edastab selle töövedelikule. Seejärel juhib soojust jahutusradiaator (aktiivne või passiivne süsteem).

Lisaks on vedelikjahutussüsteemis töövedeliku reservuaar, mis kompenseerib selle soojuspaisumist ja suurendab süsteemi termilist inertsi. Paaki on mugav täita ja läbi selle on mugav ka töövedelikku välja lasta. Sellises süsteemis on vaja vajalikke voolikuid ja torusid. Valikuliselt on saadaval vedeliku vooluandur.

Töövedelikul on piisavalt kõrge soojusmahtuvus, et tagada kõrge jahutusefektiivsus madalal tsirkulatsioonikiirusel ja kõrge soojusjuhtivusega, mis minimeerib temperatuuride erinevust aurustuva pinna ja toru seina vahel.

Freoon jahutussüsteem

Protsessori äärmuslik kiirendamine nõuab jahutatud elemendi negatiivset temperatuuri selle pideva töötamise ajal. Selleks on vaja freooni paigaldamist. Need süsteemid on külmutusseadmed, milles aurusti on paigaldatud otse komponendile, millest tuleb soojust väga suure kiirusega eemaldada.

Freoonsüsteemi puudused lisaks keerukusele on: vajadus soojusisolatsiooni järele, kohustuslik võitlus kondensaadiga, raskused mitme komponendi samaaegsel jahutamisel, suur energiakulu ja kõrge hind.

Vesijahuti

Waterchiller on jahutussüsteem, mis ühendab freooni ja vedelikjahutuse. Siin jahutatakse süsteemis ringlevat antifriisi täiendavalt soojusvahetis, kasutades freoonplokki.

Sellises süsteemis saadakse freoonseadme abil negatiivne temperatuur ja vedelik võib korraga jahutada mitut komponenti. Tavaline freooni jahutussüsteem seda ei võimalda. Vesijahuti miinusteks on kogu süsteemi soojusisolatsiooni vajadus, aga ka keerukus ja kõrge hind.

Avatud aurustav jahutussüsteem

Avatud aurujahutussüsteemides kasutatakse töövedelikku – külmutusagensit, nagu heelium, vedel lämmastik või kuivjää. Töövedelik aurustatakse avatud klaasis, mis on paigaldatud otse kütteelemendile, mida tuleb väga kiiresti jahutada.

See meetod kuulub amatööridele ja seda kasutavad peamiselt harrastajad, kes vajavad olemasolevate seadmete äärmist kiirendamist ("ülekiiretamist"). Seda meetodit kasutades saate madalaima temperatuuri, kuid külmaainega klaasi tuleb regulaarselt täiendada, see tähendab, et süsteemil on ajapiirang ja see nõuab pidevat tähelepanu.

Kaskaadjahutussüsteem

Kaskaadjahutussüsteem tähendab kahe või enama freooni samaaegset järjestikust lisamist. Madalamate temperatuuride saavutamiseks kasutatakse vähendatud keemistemperatuuriga freooni.Kui freoonmasin on üheastmeline, on vaja töörõhku tõsta võimsate kompressoritega.

Kuid on ka alternatiiv - freoonploki radiaatori jahutamine teise sarnase plokiga. Seega saab töörõhku süsteemis alandada ja kompressoritelt ei ole enam vaja suurt võimsust, saab kasutada tavalisi kompressoreid. Kaskaadsüsteem, vaatamata oma keerukusele, võimaldab saavutada madalamat temperatuuri kui tavalise freoonpaigaldise korral ning võrreldes avatud aurustussüsteemiga võib selline paigaldus pidevalt töötada.

Peltieri jahutussüsteem

Jahutussüsteemis Peltieri elemendiga see on paigaldatud külma poolega jahutatavale pinnale, samas kui elemendi kuum pool nõuab töötamise ajal intensiivset jahutamist teisest süsteemist. Süsteem on suhteliselt kompaktne.