Metody odprowadzania ciepła z podzespołów komputera
Jedną z podstawowych przyczyn niestabilnej pracy komputera, objawiającej się przypadkowymi restartami bądź zawieszeniami, jest jego przegrzanie. Problem ten może dotyczyć zarówno całego peceta, jak również poszczególnych jego komponentów.
Dlaczego nasze CPU się grzeją?
Z wytłumaczeniem przychodzi tu sama fizyka. Otóż prąd płynący przez dowolny przewodnik, w którym następuje opór, powoduje wydzielanie ciepła. Miliony tranzystorów, które są zaszyte w obudowie naszego procesora potrafią produkować ogromne ilości energii cieplnej. A im działają szybciej, tym tej energii wytworzą więcej. Ważne jest, by nie przekroczyć granicznej temperatury układów scalonych. O ile krzem (z którego są budowane procesory) potrafi wytrzymać duże temperatury, to już tranzystory są na nią mniej odporne. Jeśli doprowadzimy do przekroczenia temperatury granicznej, może nastąpić zniszczenie bramek logicznych, co w późniejszym stadium powoduje niestabilną pracę układu lub jego całkowite uszkodzenie. Dlatego zalecane jest ciągłe kontrolowanie temperatury naszego CPU i nie dopuszczenie do jego przegrzewania.
Ciepło w komputerze -Nawet najlepsze chłodzenie procesora na niewiele nam się przyda, jeśli w obudowie nie ma sprawnej wymiany powietrza z otoczeniem. Kłopoty zaczynają się w chwili, gdy temperatura mierzona na płycie głównej przekracza 45-50 stopni. W takich warunkach problemy mogą sprawić również przegrzany chipset, RAM, dysk twardy czy też akcelerator 3D lub karty PCI. W takiej sytuacji koniecznie trzeba sprawdzić obieg powietrza w komputerze. Skontrolować należy, czy wentylatory w zasilaczu oraz ewentualne dodatkowe wiatraki w obudowie pracują prawidłowo, zasysając powietrze do obudowy i wydmuchując je na zewnątrz. Popatrzeć należy też, czy na drodze powietrza nie ma przeszkód w postaci np. taśm do dysków i kart rozszerzeń.
Najczęściej przegrzewającymi się elementami peceta są procesor i karta graficzna. O ile to drugie urządzenie jest wyposażone w fabrycznie dobrane oraz zamontowane radiatory i teoretycznie nie powinno sprawiać większych kłopotów, o tyle procesor jest zazwyczaj głównym sprawcą problemów. Co prawda jednostki centralne, zarówno firmy Intel, jak i AMD, są w stanie działać, nawet jeśli temperatura obudowy ich rdzenia wynosi 75-95 stopni Celsjusza, ale każdy producent przestrzega przed dłuższą pracą układu w tak niekorzystnych warunkach. Aby nie dopuścić do uszkodzenia procesora, konstruktorzy wprowadzili do wnętrza układu zabezpieczenia termiczne.
Sposób na ciepły procesor Temperatura procesora nie powinna przekraczać 40-50 stopni Celsjusza dla
Pentium 4/Celeron i 45-65 dla Athlona XP. Wyjątkiem są najszybsze kości Pentium 4 (Prescott) i Athlony XP/64, dla których temperatura podczas normalnej pracy często wynosi 70-80 stopni. Jeżeli nasz procesor jest cieplejszy, musimy poprawić mu chłodzenie. Często spotykanym błędem montażowym jest niedopasowanie wydajności zestawu chłodzącego do ilości ciepła wydzielanego przez jednostkę centralną. W dokumentacji każdego coolera podane są modele procesorów, z którymi może on współpracować - i tej tabeli bezwzględnie należy się trzymać. Dobrze jest wybrać droższy cooler, który nie tylko ma większą sprawność cieplną (wykonany np. będzie z miedzi, a nie z aluminium), ale dysponuje też zapasem wydajności.
Radiator
Radiator działa na zasadzie pasywnego odprowadzania energii cieplnej z elementu wytwarzającego ciepło do otoczenia. Jego zadaniem jest zwiększenie powierzchni oddającej ciepło. Jak wiadomo, procesory nie mają zbyt wielkiej powierzchni, dlatego też radiator, którego wymiary wynoszą - załóżmy - 50x50x50mm będzie miał o wiele lepszą wydajność w odprowadzeniu nagromadzonego ciepła, aniżeli rdzeń Athlona XP (ok. 10x10mm).
Jak działa radiator?
Odbiera ciepło z rdzenia procesora, najpierw rozgrzewa się miejsce styku dwóch powierzchni, następnie roznoszone jest kuliście na resztę radiatora, a na końcu odprowadzane jest do otoczenia. Jak wiadomo ciepło unosi się do góry, dlatego najlepsza wydajność radiatora będzie występowała wówczas, gdy będzie on skierowany żeberkami do góry. Niestety rzadko nastaje taka możliwość. Częstokroć radiator jest odwrócony zupełnie w drugą stroną, choćby na chipsetach kart graficznych, gdzie umieszczony jest do góry nogami - wtedy jego działanie jest mniej wydajne. Do obowiązku każdego użytkownika komputera należy regularne czyszczenie szczelin pomiędzy listkami w radiatorze - jeśli będzie na nich zebrany kurz, może on znacznie pogorszyć cyrkulację powietrza. Główne zalety stosowania radiatorów to przede wszystkim: absolutna cisza, wygoda oraz bezawaryjność.
Wszystkie karty powinny być montowane w taki sposób, aby zachowany był między nimi odstęp ułatwiający
odprowadzanie ciepła. Absolutnie nie wolno zasłaniać akceleratora 3D, który sam bardzo mocno się nagrzewa. Złe odprowadzanie ciepła z karty graficznej jest bardzo częstą przyczyną zawieszania się komputera, zwłaszcza w grach. Problem ten się nasila, jeśli akcelerator 3D został podkręcony. Dyski twarde powinny być również montowane z odstępami, nagrywarkę warto zaś zamontować z dala od "twardziela", który przegrzany może sprawić bardzo dużo kłopotów, nawet do tego stopnia, że mogą zacząć się pojawiać błędy odczyty i zapisu. Przy szybkim dysku twardym, który się mocno nagrzewa, powinno się zamontować dodatkowy wentylator, chłodzenie pasywne lub wodne
Chłodzenie komputera dzielimy na dwa rodzaje: chłodzenie tradycyjne, oraz chłodzenie alternatywne. Chłodzenie tradycyjne to nic innego jak chłodzenie powietrzem, przy wykorzystaniu radiatorów i wentylatorów. Obecnie na rynku mamy całe zatrzęsienie układów chłodzenia powietrzem. Producenci, co chwilę próbują zaskoczyć użytkowników coraz to wymyślniejszymi produktami. Dzisiaj standardem jest wykorzystanie dużego miedzianego lub miedziano-aluminiowego radiatora, heat-pipeów (rurek cieplnych), i wentylator, który schłodzi cała konstrukcję.
Chłodzenie alternatywne przede wszystkim używane jest przy ekstremalnym overclockingu. O ile chłodzenie wodne stało się bardziej dostępne dla zwykłych użytkowników, tak chłodzenie ciekłym azotem, czy suchym lodem jest wykorzystywane przy najbardziej wymagających projektach. Dzięki producentom, którzy wciąż zwiększają swoją ofertę, złożenie systemu chłodzenia wodą jest znacznie łatwiejsze i tańsze, niż to było parę lat temu. Na rynku są dostępne gotowe zestawy, które po wypakowaniu z pudełka wystarczy zamontować w obudowie.
Radiatory z technologią heat pipe Coolery z ciepłowodem usprawniającym wymianę ciepła pomiędzy procesorem a radiatorem zyskują coraz większą popularność wspomagającego wentylatora. Jeśli jednak zajdzie potrzeba odprowadzenia nagrzanego powietrza, w zupełności wystarczy wolnoobrotowy wiatrak, zamontowany z boku lub na górze radiatora.
Zasada działania heatpipe (ciepłowodu) jest bardzo prosta. Jeżeli zaczniemy podgrzewać jej jeden koniec, ciecz znajdująca się wewnątrz zacznie parować (odbierać energie) i unosić się na drugi koniec rurki (do góry!), gdzie schładza się poprzez oddawanie energii na żeberka radiatora, po czym następuje proces skraplania. Jak wiadomo, siła ciążenia spowoduje, iż skroplona ciecz wróci w dół, czyli na początek rurki, gdzie ponownie zaczyna być podgrzewana. I tak w kółko.
Pasta to ważna rzecz Mało kto zdaje sobie sprawę, że nie ma wydajnego chłodzenia peceta bez dobrej pasty termoprzewodzącej. Odpowiedni dobór tego niepozornego dodatku wypełniającego pory między układem scalonym a radiatorem potrafi zdziałać cuda i obniżyć temperaturę procesora, chipsetu czy układu GPU na karcie graficznej nawet o kilka stopni.
Procesor posmarowany pastą termoprzewodzącą z dodatkiem srebra dużo szybciej oddaje ciepło radiatorowi. Stosując dobrą pastę, możemy obniżyć temperaturę CPU nawet o kilka stopni
Radiatory i coolery na pamięć RAM Podczas normalnej eksploatacji nie ma zwykle potrzeby dodatkowego chłodzenia pamięci RAM. Dopiero podczas overclockingu, kiedy kości pracują z podwyższonymi częstotliwościami i napięciem zasilającym, w celu obniżenia temperatury pracy modułów warto zamontować na nich radiatory. W sklepach spotyka się dwojakiego typu układy chłodzące dla pamięci RAM. Są to pojedyncze kawałki miedzi lub aluminum, które przykleja się do każdego układu scalonego osobno, oraz nakładki zakrywające cały moduł
Chłodzenie cieczą jest ostatecznym rozwiązaniem w chłodzeniu procesora .
Aby chłodzić cieczą potrzebujemy:
zbiornik o pojemności wystarczającej aby woda schłodziła się do temperatury pokojowej zanim zostanie ponownie zassana przez pompkę do wymiennika ciepła.
b) pompkę wodną trochę większą niż od akwarium
odpowiednie przewody, rurki
wymiennik ciepła
narzędzia i materiały aby to wszystko podłączyć
Podłączenie układu chłodzenia cieczą można rozwiązać na kilka sposobów, jednak wśród nich są dwa, które są podstawą budowy bardziej zaawansowanych systemów chłodzenia. Są to układ otwarty i układ
zamknięty. Układ otwarty to taki układ w którym pompa umieszczona jest w zbiorniku wyrównawczym, potocznie zwanym jako rezerwuar. Plusem takiego podłączenia jest wyciszenie i schłodzenie pompki przez wodę w której się znajduje. Do minusów zalicza się tłumienie prędkości wpadającej wody do rezerwuaru, napełnianie zbiornika oraz zwiększenie temperatury wody przez pracującą pompę. Układ zamknięty to układ pozbawiony zbiornika wyrównawczego, a stosowana pompa musi być niezatapialna. Zaletą tego układu jest zwiększona prędkość wody zminimalizowana brakiem rezerwuaru. Nie ma też problemu z napełnianiem i odpowietrzaniem. Do wad można zaliczyć problem wygłuszenia pompy, która pracuje głośniej niż w przypadku układu otwartego.
Chłodzenie komputerów za pomocą cieczy jest kwestią problematyczną. Najnowsze odkrycie naukowców z Georgia University wskazuje, że być może fale dźwiękowe są w stanie zoptymalizować chłodzenie wodne.
Komputerowe systemy chłodzenia, działające w oparciu o ciecz, są od pewnego czasu obecne na rynku. Jednak w trakcie odprowadzania ciepła z podzespołów komputera, w obwodzie powstają niewielkie bąbelki, które tworzą warstwę izolującą; z tego powodu proces ten nie przebiega optymalnie.
Zespół z Georgia University, kierowany przez Ari Gletzera opracował metodę, która pozwala zniwelować ten problem. Umieszcając źródło dźwięku w pobliżu wodnego systemu chłodzenia, udało się zlikwidować powstające bąbelki. W efekcie, wspomagany w ten sposób cooller, pracował o 50% bardziej efektywnie.
Według Gletzera, technika ta może służyć nie tylko w sprzęcie komputerowym i gadżetach elektronicznych, lecz także do odprowadzania ciepła z podzespołów o wysokiej mocy, instalowanych w samochodach z napędem hybrydowym.
Ogniwa Peltiera
Zasada działania
Działanie półprzewodnikowych modułów termoelektrycznych, potocznie nazywanych ogniwami Peltiera w rzeczywistości opiera się na pięciu podstawowych zjawiskach fizycznych, z których cztery nazywane jest od nazwisk odkrywców. Najważniejsze z nich jest zjawisko Peltiera.
W roku 1834 Jean C. A. Peltier odkrył, że na złączu dwóch różnych metali przy przepływie prądu w określonym kierunku wydziela się ciepło, a przy przepływie prądu w odwrotnym kierunku złącze pochłania ciepło.
Współczesne ogniwo Peltiera, jak oficjalnie nazywa się płytkę Peltiera, to dwie cienkie płytki z termoprzewodzącego materiału izolacyjnego (ceramika tlenków glinu), pomiędzy którymi zrealizowano szeregowy stos elementarnych półprzewodników, naprzemiennie typu "p" i "n". Wykonane z tellurku bizmutu połączone są dzięki miedzianym ścieżkom na wewnętrznych powierzchniach płytek ceramicznej obudowy, w układ szeregowy. Całość ma imponujące możliwości - potrafi wytworzyć różnicę temperatur rzędu 60 - 70°K, a przede wszystkim przepompowywać ciepło od powierzchni chłodzonej do podgrzewanej, ze sprawnością przekraczającą 50%.