Активні системи охолодження

Досі залишається найпопулярнішим способом боротьби з температурними надлишками. Суть цього методу зводиться до організації правильного повітряного потоку — гаряче повітря повинен ефективно виводитися за межі системного блоку. Зазвичай встановлюють один або кілька вентиляторів, які забезпечують циркуляцію повітряного потоку від передньої стінки корпусу до задньої (рис. 2.4). У непродуманої системі повітряного охолодження може відбуватися застій повітря або міграція гарячого повітря від однієї комплектуючої до іншої, а це означає, що система охолодження перетворюється на систему нагрівання.

Рисунок 2.4 — Схема роботи активної системи охолодження Для переносу повітря в системах охолодження використовують вентилятори.

Будова вентиляторів Вентилятор складається з корпусу (зазвичай у вигляді рамки), електродвигуна і крильчатки (рис. 2.5), закріпленої за допомогою підшипників на одній осі з двигуном:

Рисунок 2.5 — Будова вентилятора охолодження Від типу встановлених підшипників залежить надійність вентилятора. Виробники заявляють таке типове час напрацювання на відмову (кількість років отримано з розрахунку цілодобової роботи):

Таблиця 2.1 — Розрахунок ресурсу вентиляторів на різних підшипників.

З урахуванням морального старіння комп’ютерної техніки, вентилятори з шарикоподшипниками можна вважати «вічними»: термін їхньої роботи не менше типового терміну роботи комп’ютера. Для більш серйозних застосувань, де комп’ютер повинен працювати цілодобово багато років, варто підібрати більш надійні вентилятори.

Характеристики вентиляторів Вентилятори розрізняються за своїм розміром і товщині: зазвичай в комп’ютерах зустрічаються типорозміри 40 Ч 40 Ч 10 мм, для охолодження відеокарт і кишень для жорстких дисків, а також 80 Ч 80 Ч 25, 92 Ч 92 Ч 25, 120 Ч 120 Ч 25 мм для охолодження корпусу. Також вентилятори розрізняються типом і конструкцією встановлюваних електродвигунів: вони споживають різний струм і забезпечують різну швидкість обертання крильчатки. Від розмірів вентилятора і швидкості обертання лопатей крильчатки залежить продуктивність: створюване статичний тиск і максимальний об'єм стерпного повітря.

Обсяг стерпного вентилятором повітря (витрата) вимірюється в кубометрах на хвилину або кубічних футів за хвилину (CFM, cubic feet per minute). Продуктивність вентилятора, зазначена в характеристиках, вимірюється при нульовому тиску: вентилятор працює у відкритому просторі. Усередині корпусу комп’ютера вентилятор дме в системний блок певного розміру, тому він створює в обслуговуваному обсязі надлишковий тиск. Природно, що об'ємна продуктивність буде приблизно обернено пропорційна створюваному тиску (Рис 2.6). Конкретний вид видаткової характеристики залежить від форми використаної крильчатки та інших параметрів конкретної моделі. Наприклад, відповідний графік для вентилятора GlacialTech SilentBlade GT80252BDL.

З цього випливає простий висновок: чим інтенсивніше працюють вентилятори, тим більше повітря можна буде прокачати через всю систему, і тим ефективніше буде охолодження.

Рівень шуму вентиляторів Рівень шуму, створюваний вентилятором при роботі, залежить від різних його характеристик. Нескладно встановити залежність між продуктивністю і шумом вентилятора. На сайті великого виробника популярних систем охолодження Titan, в розділі корпусних вентиляторів ми бачимо: багато вентилятори одного і того ж розміру комплектуються різними електродвигунами, які розраховані на різну швидкість обертання. Оскільки крильчатка використовується одна і та ж, отримуємо характеристики одного і того ж вентилятора при різних швидкостях обертання. Складаємо таблицю (рис. 2.7) для трьох найпоширеніших типорозмірів: товщина 25 мм, 80 Ч 80 Ч 25 мм, 92 Ч 92 Ч 25 мм і 120 Ч 120 Ч 25 мм.

Рисунок 2.6 — Графік залежности тиску від обертів вентилятора.

Рисунок 2.7 — Таблиця залежності рівня шуму і об'єму прокачки повітря від швидкості обертання вентилятора Жирним шрифтом виділено найпопулярніші типи вентиляторів, похилим шрифтом виділено розрахункові дані.

Порахувавши коефіцієнт пропорційності потоку повітря і рівня шуму до оборотів, бачимо майже повний збіг. Для очищення совісті вважаємо відхилення від середнього: менше 5%. Таким чином, ми отримали три лінійні залежності, по 5 точок кожна. Не бозна, яка статистика, але для лінійної залежності цього достатньо: гіпотезу вважаємо підтвердженої.

Об'ємна продуктивність вентилятора пропорційна кількості оборотів крильчатки, те ж саме справедливо і для рівня шуму.

Тепер розглянемо лінійку вентиляторів іншого виробника (рис. 2.8): GlacialTech SilentBlade 80 Ч 80 Ч 25 мм, 92 Ч 92 Ч 25 мм і 120 Ч 120 Ч 25 мм. Складемо аналогічну табличку:

Рисунок 2.8 — Таблиця залежності рівня шуму і об'єму прокачки повітря від швидкості обертання вентилятора Використовуючи отриману гіпотезу, ми можемо екстраполювати отримані результати методом найменших квадратів (МНК): у таблиці ці значення виділені похилим шрифтом. Потрібно, однак, пам’ятати: область застосування цієї моделі обмежена. Досліджена залежність лінійна в деякому діапазоні швидкостей обертання; логічно припустити, що лінійний характер залежності збережеться і в деякій околиці цього діапазону; але при дуже великих і дуже малих обертах картина може істотно змінитися.

Похилим шрифтом виділено розрахункові дані.

Як було сказано вище, при значеннях швидкості обертання вентилятора, що істотно відрізняються від досліджених, лінійна модель може бути невірна. Отримані екстраполяцією значення слід розуміти як приблизну оцінку.

Звернемо увагу на дві обставини. По-перше, вентилятори GlacialTech працюють повільніше, по-друге, — ефективніше. Очевидно, це результат використання крильчатки з більш складною формою лопатей: навіть при однакових оборотах, вентилятор GlacialTech переносить більше повітря, ніж Titan: див. Графу приріст. А рівень шуму при однакових оборотах приблизно дорівнює: пропорція дотримується навіть для вентиляторів різних виробників з різною формою крильчатки.

Потрібно розуміти, що реальні шумові характеристики вентилятора залежать від його технічної конструкції, створюваного тиску, обсягу повітря, що прокачується, від типу і форми перепон на шляху повітряних потоків; тобто, від типу корпусу комп’ютера. Оскільки корпусу використовуються найрізноманітніші, неможливо безпосередньо застосовувати виміряні в ідеальних умовах кількісні характеристики вентиляторів — їх можна тільки порівнювати між собою для різних моделей вентиляторів.

Контроль і керування вентиляторами Більшість сучасних материнських плат дозволяє контролювати швидкість обертання вентиляторів, підключених до деяких трьохабо чотирьохконтактним роз'ємів. Більш того, деякі з роз'ємів підтримують програмне керування швидкістю обертання підключеного вентилятора.

Контролювати значення швидкості обертання вентиляторів можна за допомогою BIOS Setup. Як правило, якщо материнська плата підтримує зміну швидкості обертання вентиляторів, тут же в BIOS Setup можна налаштувати параметри алгоритму регулювання швидкості. Набір параметрів різний для різних материнських плат; зазвичай алгоритм використовує данні термодатчиків, вбудованих в процесор і материнську плату. Існує ряд програм для різних ОС, які дозволяють контролювати і регулювати швидкість вентиляторів, а також стежити за температурою різних компонентів всередині комп’ютера. Виробники деяких материнських плат комплектують свої вироби фірмовими програмами для Windows: Asus PC Probe, MSI CoreCenter, Abit мGuru, Gigabyte EasyTune, Foxconn SuperStep і т.д. Поширено кілька універсальних програм, серед них: Hmonitor, MotherBoard Monitor. Найпопулярніша програма цього класу — SpeedFan (рис. 2.9) :

Рисунок 2.9 — Інтерфейс програми SpeedFan.

Ці програми дозволяють стежити за цілим рядом температурних датчиків, які встановлюються в сучасні процесори, материнські плати, відеокарти і жорсткі диски. Також програма відстежує швидкість обертання вентиляторів, які підключені до роз'ємів материнської плати з відповідною підтримкою. Нарешті, програма здатна автоматично регулювати швидкість вентиляторів залежно від температури спостережуваних об'єктів (якщо виробник системної плати реалізував апаратну підтримку цієї можливості). На наведеному вище малюнку програма налаштована на управління тільки вентилятором процесора: при невисокій температурі ЦП (36°C) він обертається зі швидкістю близько 1000 об / хв, — це 35% від максимальної швидкості (2800 об / хв). Налаштування таких програм зводиться до трьох кроків:

• — визначенням, до яких з каналів контролера материнської плати підключені вентилятори, і які з них можуть управлятися програмно;
• — вказівкою, які з температур повинні впливати на швидкість різних вентиляторів;
• — завданням температурних порогів для кожного датчика температури і діапазону робочих швидкостей для вентиляторів.

Можливостями з моніторингу також мають багато програм для тестування і тонкої настройки комп’ютерів: SiSoft Sandra, S & M, nVidia ClockGen і т. Д.

Багато сучасних відеокарти також дозволяють регулювати обороти вентилятора системи охолодження залежно від нагрівання графічного процесора. За допомогою спеціальних програм можна навіть змінювати налаштування механізму охолодження, знижуючи рівень шуму від відеокарти в відсутність навантаження. Так виглядають в програмі ATI Tray Tools оптимальні настройки для відеокарти HIS X800GTO IceQ II (рис. 2.10):

Одже, для підвищення якості обдування можна використовувати один або кілька методів:

• — Збільшення кількості вентиляторів;
• — Збільшення швидкості обертання крильчатки;
• — Установка вентиляторів більшого діаметра;
• — Збільшення кількості лопатей, а також зміна їх форми (тобто заміна існуючих вентиляторів на більш «просунуті» моделі);
• — Розробка більш ефективної схеми руху повітряних мас;
• — Усунення перешкод на шляху відводу повітря.

Рисунок 2.10 — Інтерфейс програми ATI Tray Tools.

Дуже часто ефективність роботи вентилятора підвищують шляхом додавання радіатора (пасивної системи охолодження).

Головною перевагою таких систем є їх доступність — з лишком покриває всі їх недоліки. Тому для переважної більшості користувачів повітряні системи (в комплекті з радіаторами) залишаються, фактично, єдиною альтернативою для відводу тепла.

Переваги: низька вартість; простота в установці і обслуговуванні.

Недоліки: основне джерело шуму в комп’ютері; скромні, в порівнянні з іншими активними системами, показники ефективності; невеликий потенціал для покриття постійно зростаючих потреб в охолодженні.