Sistemes de refrigeració per ordinador: passiu, actiu, líquid, freó, refrigerador d'aigua, evaporació oberta, cascada, refrigeració Peltier

Durant el funcionament de l'ordinador, alguns dels seus components s'escalfen molt i, si la calor generada no s'elimina amb prou rapidesa, l'ordinador simplement no podrà funcionar a causa de la violació de les característiques normals dels seus components principals semiconductors.

L'eliminació de la calor de les parts d'escalfament de l'ordinador és la tasca més important que resol el sistema de refrigeració de l'ordinador, que és un conjunt d'eines especialitzades que funcionen de manera contínua, sistemàtica i harmònica durant tot el temps que s'utilitza activament l'ordinador.

Durant el funcionament del sistema de refrigeració de l'ordinador, s'utilitza la calor generada pel pas dels corrents de funcionament a través dels elements clau de l'ordinador, especialment a través dels elements de la seva unitat del sistema.La quantitat de calor generada en aquest cas depèn dels recursos informàtics de l'ordinador i de la seva càrrega actual en relació amb tots els recursos de què disposa la màquina.

En qualsevol cas, la calor es recupera a l'atmosfera. En la refrigeració passiva, la calor s'elimina de les parts escalfades a través d'un radiador directament a l'aire circumdant per convecció convencional i radiació infraroja. En el refredament actiu, a més de la convecció i la radiació infraroja, s'utilitza el bufat amb un ventilador, que augmenta la intensitat de la convecció (aquesta solució s'anomena "refrigerador").

També hi ha sistemes de refrigeració líquida on la calor es transfereix primer per un portador de calor i després es torna a utilitzar a l'atmosfera. Hi ha sistemes evaporatius oberts on s'elimina la calor a causa de la transició de fase del refrigerant.

Així, segons el principi d'eliminació de la calor de les parts de calefacció de l'ordinador, hi ha sistemes de refrigeració: refrigeració per aire, refrigeració líquida, freó, evaporació oberta i combinada (basada en elements Peltier i refrigeradors d'aigua).

Sistema passiu de refrigeració per aire

Els equips que no estan carregats de calor no requereixen sistemes de refrigeració especials. L'equip no carregat de calor és aquell en què el flux de calor per centímetre quadrat de la superfície escalfada (densitat de flux de calor) no supera els 0,5 mW. En aquestes condicions, el sobreescalfament de la superfície escalfada en relació amb l'aire circumdant no serà superior a 0,5 ° C, el màxim habitual per a aquest cas és de +60 ° C.

Però si els paràmetres tèrmics dels components en el mode normal de funcionament superen aquests valors (tot i que es mantenen la generació de calor, però relativament baixa), només s'instal·len radiadors en aquests components, és a dir, dispositius per a l'eliminació de calor passiva. , els anomenats sistemes de refrigeració passius.

Quan la potència del xip és baixa, o quan els requisits de capacitat de càlcul del sistema estan constantment limitats, per regla general, només un dissipador de calor és suficient, fins i tot sense ventilador. El radiador es selecciona individualment en cada cas.

Bàsicament, el sistema de refrigeració passiu funciona de la següent manera: la calor es transfereix directament del component de calefacció (xip) al dissipador de calor a causa de la conductivitat tèrmica del material o amb l'ajuda de tubs de calor (termosifó o cambra d'evaporació són diferents fonamentals). solucions amb tubs de calor).

La funció del radiador és irradiar calor a l'espai circumdant mitjançant radiació infraroja i transferir calor simplement a través de la conductivitat tèrmica de l'aire circumdant, que contribueix a l'aparició de corrents de convecció naturals. Per irradiar calor a tota l'àrea del radiador de la manera més intensa possible, la superfície del radiador es torna negra.

Especialment avui (en diversos equips, inclosos els ordinadors), el sistema de refrigeració passiu està molt estès. Aquest sistema és molt flexible, ja que els radiadors es poden muntar fàcilment a la majoria de components que consumeixen calor. Com més gran sigui l'àrea efectiva de dissipació de calor del radiador, més eficient serà la refrigeració.

Els factors importants que afecten l'eficiència de refrigeració són la velocitat del flux d'aire que passa pel dissipador de calor i la temperatura (especialment la diferència de temperatura amb l'entorn).

Molta gent sap que abans de muntar un dissipador de calor en un component, cal aplicar pasta tèrmica (per exemple, KPT-8) a les superfícies d'acoblament. Això es fa per augmentar la conductivitat tèrmica a l'espai entre els components.

Inicialment, el problema és que les superfícies del radiador i el component sobre el qual s'instal·la, després de la producció en fàbrica i la mòlta, encara tenen una rugositat de l'ordre de 10 micres, i fins i tot després del poliment, queden unes 5 micres de rugositat. Aquestes irregularitats impedeixen que les superfícies de connexió es pressionin juntes el més estretament possible sense un buit, donant lloc a un buit d'aire amb baixa conductivitat tèrmica.

Els dissipadors de calor amb la mida i l'àrea activa més grans solen estar muntats en CPU i GPU. Si cal muntar un ordinador silenciós, donada la baixa velocitat de pas de l'aire, es necessiten radiadors especials molt grans, caracteritzats per una major eficiència de dissipació de calor.

Sistema de refrigeració per aire actiu

Per millorar la refrigeració, per fer que el flux d'aire pel radiador sigui més intens, també s'utilitzen ventiladors. Un radiador equipat amb un ventilador s'anomena refrigerador. Els refrigeradors s'instal·len als gràfics i als processadors centrals de l'ordinador. Si no és possible instal·lar un dissipador de calor en alguns dels components, com ara un disc dur, o no es recomana, s'utilitza un simple ventilador sense dissipador de calor.Amb això n'hi ha prou.

Sistema de refrigeració líquida

El sistema de refrigeració líquid funciona segons el principi de transferir la calor del component refrigerat al radiador amb l'ajuda d'un fluid de treball que circula pel sistema. Aquest líquid sol ser aigua destil·lada amb additius bactericides i antigalvànics o anticongelants, oli, altres líquids especials i, en alguns casos, metall líquid.

Aquest sistema inclou necessàriament: una bomba per fer circular el fluid i un radiador (bloc d'aigua, capçal de refrigeració) per treure la calor de l'element de calefacció i transferir-la al fluid de treball. La calor es dissipa després per un dissipador de calor (sistema actiu o passiu).

A més, el sistema de refrigeració líquida té un dipòsit de fluid de treball, que compensa la seva dilatació tèrmica i augmenta la inèrcia tèrmica del sistema. El dipòsit és convenient per omplir i també és convenient drenar el fluid de treball a través d'ell. En aquest sistema, es requereixen les mànegues i canonades necessàries. Un sensor de flux de líquid pot estar disponible opcionalment.

El fluid de treball té una capacitat calorífica prou alta per proporcionar una alta eficiència de refrigeració a baixa velocitat de circulació i alta conductivitat tèrmica, que minimitza la diferència de temperatura entre la superfície d'evaporació i la paret del tub.

Sistema de refrigeració amb freó

L'overclocking extrem del processador requereix una temperatura negativa de l'element refrigerat durant el seu funcionament continu. Per això calen instal·lacions de freó. Aquests sistemes són unitats de refrigeració en les quals l'evaporador està muntat directament sobre el component del qual s'ha d'eliminar la calor a un ritme molt elevat.

Els inconvenients del sistema de freó, a més de la seva complexitat, són: la necessitat d'aïllament tèrmic, la lluita obligatòria amb el condensat, la dificultat per refredar diversos components al mateix temps, l'elevat consum d'energia i el preu elevat.

Refrigerador d'aigua

Waterchiller és un sistema de refrigeració que combina una unitat de freó i refrigeració líquida. Aquí, l'anticongelant que circula pel sistema es refreda encara més en un intercanviador de calor mitjançant un bloc de freó.

En aquest sistema, s'obté una temperatura negativa amb l'ajuda d'una unitat de freó i el líquid pot refredar simultàniament diversos components. Un sistema de refrigeració amb freó convencional no ho permet. Els desavantatges d'un refrigerador d'aigua són la necessitat d'aïllament tèrmic de tot el sistema, així com la complexitat i l'alt cost.

Sistema de refrigeració per evaporació obert

Els sistemes de refrigeració de vapor obert utilitzen un fluid de treball, un refrigerant com l'heli, el nitrogen líquid o el gel sec. El fluid de treball s'evapora en un vidre obert, que es munta directament a l'element calefactor, que s'ha de refredar molt ràpidament.

Aquest mètode pertany als aficionats i és utilitzat principalment per aficionats que necessiten un overclocking extrem ("overclocking") dels equips disponibles. Amb aquest mètode, podeu obtenir la temperatura més baixa, però el vidre amb el refrigerant s'haurà de reposar regularment, és a dir, el sistema té un límit de temps i requereix una atenció constant.

Sistema de refrigeració en cascada

Un sistema de refrigeració en cascada significa la inclusió seqüencial simultània de dos o més freons. Per aconseguir temperatures més baixes, s'utilitza freó amb un punt d'ebullició reduït.Si la màquina de freó és d'una sola etapa, cal augmentar la pressió de treball amb compressors potents.

Però hi ha una alternativa: refredar el radiador d'un bloc de freó amb un altre bloc similar. Així, es pot reduir la pressió de funcionament del sistema i ja no es requereix alta potència dels compressors, es poden utilitzar compressors convencionals. El sistema en cascada, malgrat la seva complexitat, permet aconseguir una temperatura més baixa que amb una instal·lació de freó convencional, i en comparació amb un sistema d'evaporació obert, aquesta instal·lació pot funcionar de manera continuada.

Sistema de refrigeració Peltier

En el sistema de refrigeració amb un element Peltier es munta amb el seu costat fred a la superfície a refredar, mentre que el costat calent de l'element requereix un refredament intensiu d'un altre sistema durant el seu funcionament. El sistema és relativament compacte.