מערכות קירור מחשב: פסיביות, אקטיביות, נוזליות, פריאון, מצנן מים, אידוי פתוח, אשד, קירור פלטייר

במהלך פעולת המחשב, חלק מהרכיבים שלו מתחממים מאוד, ואם החום שנוצר לא יוסר מהר מספיק, המחשב פשוט לא יוכל לעבוד בגלל הפרה של המאפיינים הרגילים של רכיבי המוליכים למחצה העיקריים שלו.

הוצאת חום מחלקי החימום של המחשב היא המשימה החשובה ביותר שפותרת מערכת הקירור של המחשב, שהיא מערך כלים ייעודיים הפועלים באופן רציף, שיטתי והרמוני לאורך כל הזמן בו נעשה שימוש פעיל במחשב.

במהלך פעולת מערכת הקירור של המחשב, מנוצל החום הנוצר ממעבר זרמי הפעלה דרך מרכיבי המפתח של המחשב, במיוחד דרך מרכיבי יחידת המערכת שלו.כמות החום שנוצרת במקרה זה תלויה במשאבי המחשוב של המחשב ובעומס הנוכחי שלו ביחס לכל המשאבים הזמינים למכונה.

בכל מקרה, החום מוחזר באטמוספירה. בקירור פסיבי, החום מוסר מהחלקים המחוממים דרך רדיאטור ישירות לאוויר הסובב על ידי הסעה קונבנציונלית וקרינה אינפרא אדומה. בקירור אקטיבי, בנוסף להסעה וקרינת אינפרא אדום, משתמשים בנשיפה עם מאוורר, מה שמגביר את עוצמת ההסעה (פתרון זה נקרא "מצנן").

ישנן גם מערכות קירור נוזלי שבהן החום מועבר תחילה על ידי נושא חום ולאחר מכן משמש שוב באטמוספרה. ישנן מערכות אידוי פתוחות בהן חום מוסר עקב מעבר פאזה של נוזל הקירור.

אז, לפי העיקרון של הוצאת חום מחלקי החימום של המחשב, ישנן מערכות קירור: קירור אוויר, קירור נוזלי, פריאון, אידוי פתוח ומשולב (מבוסס על אלמנטים Peltier ומקררי מים).

מערכת קירור אוויר פסיבית

ציוד שאינו טעון חום אינו דורש כלל מערכות קירור מיוחדות. ציוד שאינו טעון חום הוא כזה שבו שטף החום לסנטימטר רבוע של המשטח המחומם (צפיפות שטף החום) אינו עולה על 0.5 mW. בתנאים אלה, התחממות יתר של המשטח המחומם ביחס לאוויר שמסביב לא תהיה גבוהה מ-0.5 מעלות צלזיוס, המקסימום הרגיל למקרה כזה הוא +60 מעלות צלזיוס.

אבל אם הפרמטרים התרמיים של הרכיבים במצב הפעולה הרגיל שלהם עולים על ערכים אלה (תוך שמירה על ייצור החום נמוך יחסית), אז רק רדיאטורים מותקנים על רכיבים כאלה, כלומר, מכשירים להסרת חום פסיבית , מה שנקרא מערכות קירור פסיביות.

כאשר הספק השבב נמוך, או כאשר דרישות קיבולת המחשוב של המערכת מוגבלות כל הזמן, ככלל, מספיק רק גוף קירור, גם ללא מאוורר. הרדיאטור נבחר בנפרד בכל מקרה.

בעיקרון, מערכת הקירור הפסיבית פועלת בצורה הבאה: החום מועבר ישירות ממרכיב החימום (שבב) לגוף הקירור עקב מוליכות תרמית של החומר או בעזרת צינורות חום (תרמוסיפון או תא אידוי שונים מהותיים. פתרונות עם צינורות חום).

תפקידו של הרדיאטור הוא להקרין חום לחלל שמסביב באמצעות קרינת אינפרא אדומה ולהעביר חום פשוט באמצעות המוליכות התרמית של האוויר שמסביב, מה שתורם להופעת זרמי הסעה טבעיים. על מנת להקרין חום על כל שטח הרדיאטור בצורה אינטנסיבית ככל האפשר, פני הרדיאטור הופכים שחורים.

במיוחד כיום (בציוד שונה, כולל מחשבים), מערכת הקירור הפסיבית נפוצה. מערכת כזו היא גמישה מאוד, שכן ניתן להרכיב בקלות רדיאטורים על רוב הרכיבים עתירי החום. ככל ששטח פיזור החום האפקטיבי מהרדיאטור גדול יותר, כך הקירור יעיל יותר.

גורמים חשובים המשפיעים על יעילות הקירור הם מהירות זרימת האוויר העוברת דרך גוף הקירור והטמפרטורה (במיוחד הפרש הטמפרטורה לסביבה).

אנשים רבים יודעים שלפני הרכבת גוף קירור על רכיב, יש צורך למרוח משחה תרמית (למשל KPT-8) על משטחי ההזדווגות. זה נעשה כדי להגביר מוליכות תרמית ברווח שבין הרכיבים.

בתחילה הבעיה היא שלמשטחי הרדיאטור והרכיב עליו הוא מותקן, לאחר הייצור והשחזה במפעל, עדיין יש חספוס בסדר גודל של 10 מיקרון, וגם לאחר הליטוש נותרו כ-5 מיקרון של חספוס. אי סדרים אלו מונעים מהמשטחים המחברים להילחץ זה לזה בצורה הדוקה ככל האפשר ללא רווח, וכתוצאה מכך מרווח אוויר עם מוליכות תרמית נמוכה.

גופי קירור עם הגודל והשטח הפעיל הגדולים ביותר מותקנים בדרך כלל על מעבדים ו-GPUs. אם יש צורך להרכיב מחשב שקט, אז בהתחשב במהירות הנמוכה של מעבר האוויר, יש צורך ברדיאטורים גדולים מאוד, המאופיינים ביעילות מוגברת של פיזור חום.

מערכת קירור אוויר אקטיבית

כדי לשפר את הקירור, כדי להפוך את זרימת האוויר דרך הרדיאטור לאינטנסיבית יותר, נעשה שימוש נוסף במאווררים. רדיאטור המצויד במאוורר נקרא מצנן. מצננים מותקנים על המעבדים הגרפיים והמרכזיים של המחשב. אם לא ניתן להתקין גוף קירור על חלק מהרכיבים, כמו כונן קשיח, או לא מומלץ, אז נעשה שימוש בפריצת מאוורר פשוטה ללא גוף קירור.זה די מספיק.

מערכת קירור נוזלי

מערכת הקירור הנוזלית פועלת על עיקרון של העברת חום מהרכיב המקורר לרדיאטור בעזרת נוזל עבודה שמסתובב במערכת. נוזל כזה הוא בדרך כלל מים מזוקקים עם תוספים קוטלי חיידקים ואנטי-גלוונים או חומר מונע קפיאה, שמן, נוזלים מיוחדים אחרים, ובמקרים מסוימים מתכת נוזלית.

מערכת כזו כוללת בהכרח: משאבה להזרמת הנוזל ורדיאטור (בלוק מים, ראש קירור) כדי להוציא את החום מגוף החימום ולהעבירו לנוזל העבודה. לאחר מכן החום מתפזר על ידי גוף קירור (מערכת אקטיבית או פסיבית).

בנוסף, למערכת הקירור הנוזלית יש מאגר של נוזל עבודה, המפצה על ההתפשטות התרמית שלו ומגביר את האינרציה התרמית של המערכת. המיכל נוח למילוי ונוח גם לנקז דרכו את נוזל העבודה. במערכת כזו נדרשים הצינורות והצינורות הדרושים. חיישן זרימת נוזל יכול להיות זמין באופן אופציונלי.

לנוזל העבודה קיבולת חום גבוהה מספיק כדי לספק יעילות קירור גבוהה במהירות מחזור נמוכה ומוליכות תרמית גבוהה, מה שממזער את הפרש הטמפרטורה בין משטח האידוי לדופן הצינור.

מערכת קירור פריאון

אוברקלוק קיצוני של המעבד דורש טמפרטורה שלילית של האלמנט המקורר במהלך פעולתו הרציפה. לשם כך נדרשות התקנות פריאון. מערכות אלו הן יחידות קירור בהן המאייד מותקן ישירות על הרכיב שממנו יש להסיר חום בקצב גבוה מאוד.

החסרונות של מערכת הפריאון, בנוסף למורכבותה, הם: הצורך בבידוד תרמי, מאבק החובה בקונדנסט, הקושי בקירור מספר רכיבים במקביל, צריכת האנרגיה הגבוהה והמחיר הגבוה.

מצנן מים

Waterchiller היא מערכת קירור המשלבת יחידת פריאון וקירור נוזלי. כאן, האנטיפריז שמסתובב במערכת מקורר עוד יותר במחליף חום באמצעות בלוק פריאון.

במערכת כזו מתקבלת טמפרטורה שלילית בעזרת יחידת פריאון, והנוזל יכול לקרר בו זמנית מספר מרכיבים. מערכת קירור פריאון קונבנציונלית אינה מאפשרת זאת. החסרונות של מצנן מים הם הצורך בבידוד תרמי של המערכת כולה, כמו גם המורכבות והעלות הגבוהה.

מערכת קירור אידוי פתוחה

מערכות קירור אדים פתוחות משתמשות בנוזל עבודה - חומר קירור כגון הליום, חנקן נוזלי או קרח יבש. נוזל העבודה מתאדה בזכוכית פתוחה, המותקנת ישירות על גוף החימום, אותו יש לקרר מהר מאוד.

שיטה זו שייכת לחובבנים ומשמשת בעיקר חובבים הזקוקים לאוברקלוקינג קיצוני ("אוברקלוקינג") של הציוד הזמין. בשיטה זו ניתן לקבל את הטמפרטורה הנמוכה ביותר, אך יהיה צורך למלא את הכוס עם הקירור באופן קבוע, כלומר, למערכת יש מגבלת זמן ודורשת תשומת לב מתמדת.

מערכת קירור אשד

מערכת קירור מפל פירושה הכללה בו-זמנית ברצף של שני פריאונים או יותר. כדי להשיג טמפרטורות נמוכות יותר, פריאון עם נקודת רתיחה מופחתת משמש.אם מכונת הפראון היא חד-שלבית, אז יש צורך להגביר את לחץ העבודה עם מדחסים חזקים.

אבל יש חלופה - קירור הרדיאטור של בלוק פריאון עם בלוק דומה אחר. כך, ניתן להפחית את לחץ הפעולה במערכת ולא נדרש עוד הספק גבוה מהמדחסים, ניתן להשתמש במדחסים קונבנציונליים. מערכת המפל, למרות מורכבותה, מאפשרת להגיע לטמפרטורה נמוכה יותר מאשר במתקן פריאון קונבנציונלי, ובהשוואה למערכת אידוי פתוחה, התקנה כזו יכולה לעבוד ברציפות.

מערכת קירור פלטייר

במערכת הקירור עם אלמנט פלטייר הוא מותקן עם הצד הקר שלו על המשטח לקירור, בעוד שהצד החם של האלמנט דורש קירור אינטנסיבי ממערכת אחרת במהלך פעולתו. המערכת יחסית קומפקטית.