Как правильно организовать охлаждение в игровом компьютере

Применение даже самых эффективных кулеров может оказаться бесполезным, если в компьютерном корпусе плохо продумана система вентиляции воздуха. Следовательно, правильная установка вентиляторов и комплектующих является обязательным требованием при сборке системного блока. Исследуем этот вопрос на примере одного производительного игрового ПК

⇣ Содержание

Эта статья является продолжением серии ознакомительных материалов по сборке системных блоков. Если помните, в прошлом году вышла пошаговая инструкция « », в которой подробно описаны все основные моменты по созданию и проверке ПК. Однако, как это часто бывает, при сборке системного блока важную роль играют нюансы. В частности, правильная установка вентиляторов в корпусе увеличит эффективность работы всех систем охлаждения, а также уменьшит нагрев основных компонентов компьютера. Именно этот вопрос и рассмотрен в статье далее.

Предупреждаю сразу, что эксперимент проводился на базе одной типовой сборки с использованием материнской платы ATX и корпуса форм-фактора Midi-Tower. Представленный в статье вариант считается наиболее распространенным, хотя все мы прекрасно знаем, что компьютеры бывают разными, а потому системы с одинаковым уровнем быстродействия могут быть собраны десятками (если не сотнями) различных способов. Именно поэтому приведенные результаты актуальны исключительно для рассмотренной конфигурации. Судите сами: компьютерные корпусы даже в рамках одного форм-фактора имеют разные объем и количество посадочных мест под установку вентиляторов, а видеокарты даже с использованием одного и того же GPU собраны на печатных платах разной длины и оснащены кулерами с разным числом теплотрубок и вентиляторов. И все же определенные выводы наш небольшой эксперимент сделать вполне позволит.

Важной «деталью» системного блока стал центральный процессор Core i7-8700K. Подробный обзор этого шестиядерника находится , поэтому не буду лишний раз повторяться. Отмечу только, что охлаждение флагмана для платформы LGA1151-v2 является непростой задачей даже для самых эффективных кулеров и систем жидкостного охлаждения.

В систему было установлено 16 Гбайт оперативной памяти стандарта DDR4-2666. Операционная система Windows 10 была записана на твердотельный накопитель Western Digital WDS100T1B0A. С обзором этого SSD вы можете познакомиться .

MSI GeForce GTX 1080 Ti GAMING X TRIO

Видеокарта MSI GeForce GTX 1080 Ti GAMING X TRIO, как видно из названия, оснащена кулером TRI-FROZR с тремя вентиляторами TORX 2.0. По данным производителя, эти крыльчатки создают на 22 % более мощный воздушный поток, оставаясь при этом практически бесшумными. Низкая громкость, как говорится на официальном сайте MSI, обеспечивается в том числе и за счет использования двухрядных подшипников. Отмечу, что радиатор системы охлаждения , а его ребра выполнены в виде волн. По данным производителя, такая конструкция увеличивает общую площадь рассеивания на 10 %. Радиатор соприкасается в том числе и с элементами подсистемы питания. Чипы памяти MSI GeForce GTX 1080 Ti GAMING X TRIO дополнительно охлаждаются специальной пластиной.

Вентиляторы ускорителя начинают вращаться только в тот момент, когда температура чипа достигает 60 градусов Цельсия. На открытом стенде максимальная температура GPU составила всего 67 градусов Цельсия. При этом вентиляторы системы охлаждения раскручивались максимум на 47 % — это примерно 1250 оборотов в минуту. Реальная частота GPU в режиме по умолчанию стабильно держалась на уровне 1962 МГц. Как видите, MSI GeForce GTX 1080 Ti GAMING X TRIO имеет приличный фабричный разгон.

Адаптер оснащен массивным бекплейтом, увеличивающим жесткость конструкции. Задняя сторона видеокарты имеет L-образную полосу со встроенной светодиодной подсветкой Mystic Light. Пользователь при помощи одноименного приложения может отдельно настроить три зоны свечения. К тому же вентиляторы обрамлены двумя рядами симметричных огней в форме драконьих когтей.

Согласно техническим характеристикам, MSI GeForce GTX 1080 Ti GAMING X TRIO имеет три режима работы: Silent Mode — 1480 (1582) МГц по ядру и 11016 МГц по памяти; Gaming Mode — 1544 (1657) по ядру и 11016 МГц по памяти; OC Mode — 1569 (1683) МГц по ядру и 11124 МГц по памяти. По умолчанию у видеокарты активирован игровой режим.

С уровнем производительности референсной GeForce GTX 1080 Ti вы можете познакомиться . А еще на нашем сайте выходил MSI GeForce GTX 1080 Ti Lightning Z. Этот графический адаптер тоже оснащен системой охлаждения TRI-FROZR.

В основе сборки лежит материнская плата MSI Z370 GAMING M5 форм-фактора ATX. Это слегка видоизмененная версия платы MSI Z270 GAMING M5, которой вышел на нашем сайте прошлой весной. Устройство отлично подойдет для разгоняемых K-процессоров Coffee Lake, так как конвертер питания с цифровым управлением Digitall Power состоит из пяти двойных фаз, реализованных по схеме 4+1. Четыре канала отвечают непосредственно за работу CPU, еще один — за встроенную графику.

Все компоненты цепей питания соответствуют стандарту Military Class 6 — это касается как дросселей с титановым сердечником, так и конденсаторов Dark CAP с не менее чем десятилетним сроком службы, а также энергоэффективных катушек Dark Choke. А еще слоты DIMM для установки оперативной памяти и PEG-порты для установки видеокарт облачены в металлизированный корпус Steel Armor, а также имеют дополнительные точки пайки на обратной стороне платы. Для ОЗУ применена дополнительная изоляция дорожек, а каждый канал памяти разведен в своем слое текстолита, что, по заявлению производителя, позволяет добиться более «чистого» сигнала и увеличить стабильность разгона модулей DDR4.

Из полезного отмечу наличие сразу двух разъемов формата M.2, которые поддерживают установку накопителей PCI Express и SATA 6 Гбит/с. В верхний порт можно установить SSD длиной до 110 мм, в нижний — до 80 мм. Второй порт дополнительно оснащен металлическим радиатором M.2 Shield, который контактирует с накопителем при помощи термопрокладки.

За проводное соединение в MSI Z370 GAMING M5 отвечает гигабитный контроллер Killer E2500, а за звук — чип Realtek 1220. Звуковой тракт Audio Boost 4 получил конденсаторы Chemi-Con, спаренный усилитель для наушников с сопротивлением до 600 Ом, фронтальный выделенный аудиовыход и позолоченные аудиоразъемы. Все компоненты звуковой зоны изолированы от остальных элементов платы токонепроводящей полосой с подсветкой.

Подсветка материнской платы Mystic Light поддерживает 16,8 млн цветов и работает в 17 режимах. К материнской плате можно подключить RGB-ленту, соответствующий 4-пиновый разъем распаян в нижней части платы. Кстати, в комплекте с устройством идет 800-мм удлинитель со сплиттером для подключения дополнительной светодиодной ленты.

Плата оснащена шестью 4-контактными разъемами для подключения вентиляторов. Общее количество подобрано оптимально, расположение — тоже. Порт PUMP_FAN, распаянный рядом с DIMM, поддерживает подключение крыльчаток или помпы с током силой до 2 А. Расположение опять же весьма удачное, так как к этому коннектору просто подключить помпу и от необслуживаемой СЖО, и от кастомной системы, собранной вручную. Система ловко управляет в том числе «карлсонами» с 3-контактным коннектором. Частота регулируется как по количеству оборотов в минуту, так и по напряжению. Есть возможность полной остановки вентиляторов.

Наконец, отмечу еще две очень полезные «фишки» MSI Z370 GAMING M5. Первая — это наличие индикатора POST-сигналов. Вторая — блок светодиодов EZ Debug LED, расположенный рядом с разъемом PUMP_FAN. Он наглядно демонстрирует, на каком этапе происходит загрузка системы: на стадии инициализации процессора, оперативной памяти, видеокарты или накопителя.

Выбор на Thermaltake Core X31 пал неслучайно. Перед вами Tower-корпус, который соответствует всем современным тенденциям. Блок питания устанавливается снизу и изолируется металлической шторкой. Присутствует корзина для установки трех накопителей форм-факторов 2,5’’ и 3,5’’, однако HDD и SSD можно закрепить на заградительной стенке. Есть корзина для двух 5,25-дюймовых устройств. Без них в корпус можно установить девять 120-мм или 140-мм вентиляторов. Как видите, Thermaltake Core X31 позволяет полностью кастомизировать систему. Например, на базе этого корпуса вполне реально собрать ПК с двумя 360-мм радиаторами СЖО.

Устройство оказалось очень просторным. За шасси полно места для прокладки кабелей. Даже при небрежной сборке боковая крышка легко закроется. Пространство под железо позволяет использовать процессорные кулеры высотой до 180 мм, видеокарты длиной до 420 мм и блоки питания длиной до 220 мм.

Днище и передняя панель оснащены пылесборными фильтрами. Верхняя крышка снабжена сетчатым ковриком, который тоже ограничивает попадание пыли внутрь и облегчает установку корпусных вентиляторов и систем водяного охлаждения.

У пользователей, которые впервые самостоятельно собирают компьютер, часто возникает вопрос, как правильно установить корпусные кулеры в системном блоке, для того чтобы охлаждение работало максимально эффективно. На самом деле в этом нет ничего сложного, нужно всего лишь подобрать подходящий кулер и установить его таким образом, чтобы он не нарушал естественное движение воздуха.

Для того чтобы правильно установить кулер в системный блок, кулер должен иметь подходящий размер. Поэтому измерьте размер посадочный мест на вашем системном блоке и определите максимальный размер кулера, который можно на них установить. Для точного посадочного места можно замерить расстояние между крепежными отверстиями, как показано на картинке внизу.

После замеров кулер можно подобрать с помощью таблицы, приведенной ниже. Лучше всего выбирать максимально большие кулеры из тех, которые можно установить. Ведь чем больше кулер, тем больше воздуха он может через себя пропустить. На практике это означает, что такой кулер может работать на низких оборотах и охлаждать также эффективно как небольшой кулер на максимальной скорости. Что в свою очередь позволяет снизить уровень шума от компьютера.

Расстояние между крепежными отверстиями	Размер кулера
32 мм	40×40 мм
50 мм	60×60 мм
71.5 мм	80×80 мм
82.5 мм	92×92 мм
105 мм	120×120 мм
125 мм	140×140 мм
154 мм	200×200 мм
Информация о размерах кулеров взята с сайтов noctua.at и arctic.ac.

Кроме габаритов кулера нужно также обращать внимание на тип подшипника, который применяется в его конструкции. Самые доступные кулеры выпускаются с подшипниками скольжения. Этот тип подшипника обеспечивает низкий уровень шума, но служит очень недолго. Кулеры из среднего ценового диапазона обычно построены с использование шарикоподшипника (подшипник качения). Шарикоподшипник характеризуется более продолжительным сроком службы, но он издает заметно больше шума. В кулерах из высшего ценового диапазона чаще всего применяют гидродинамический подшипник. Этот тип подшипников совмещает преимущества подшипников качения и шарикоподшипников. Гидродинамические подшипники имеют длительный срок службы и при этом работают очень тихо.

Также нужно заранее определиться со способом подключения кулеров. В большинстве случаев кулеры оснащаются одним из следующих разъемов: разъем 3-pin, разъем 4-pin или разъем MOLEX (на картинке внизу они слева-направо). Кулеры с разъемами 3 и 4 pin подключаются к материнской плате, а кулеры к с разъемом MOLEX к .

Если на материнской плате есть разъем 4 pin под корпусные кулеры, то лучше всего выбирать кулер именно с таким разъемом. Такой способ подключения позволит регулировать скорость кулера в зависимости от температуры компьютера, что снизит уровень шума.

Правильная установка кулеров в системный блок

После того как кулеры выбраны и закуплены можно приступать к их установке в системный блок. Для правильной установки важно понять, как двигается воздух внутри компьютера и как будут воздействовать на него кулеры. Под влиянием конвекции горячий воздух сам поднимается к верхней части корпуса и для максимально эффективного охлаждения кулеры должны быть установлены так, чтобы использовать и усиливать это естественное движение воздуха, а не противостоять ему.

Поэтому традиционно в верхней части корпуса кулеры устанавливаются на выдув, это позволяет удалять нагретый воздух из корпуса. А в нижней части корпуса вентиляторы устанавливаются на вдув, так как это усиливает естественное движение воздуха снизу-вверх. На картинке внизу показаны возможные места для установки кулеров и направление, в котором они должны прогонять воздух. Такая схема установки кулеров в системный блок считается наиболее правильной.

Если игнорировать естественное движение воздуха и, например, в верхней части системного установить кулер на вдув, то это может даже увеличить . Особенно плохо будет жестким дискам, на которые направится поток горячего воздуха от радиатора процессора.

Сам процесс установки кулера в системный блок не представляет из себя ничего сложного. Кулер устанавливается с внутренней стороны системного блока, после чего фиксируется 4 винтами с внешней стороны. При установке важно проследить, чтобы кулер направлял воздух в нужную сторону. Для этого на кулере обычно есть стрелка, которая указывает, куда будет двигаться воздух.

После установки кулера его нужно подключить к материнской плате (если используется разъем 3 или 4 pin) или к блоку питания компьютера (если используется разъем MOLEX).

Естественно, все эти действия нужно выполнять на полностью выключенном и обесточенном компьютере. Иначе есть риск повредить комплектующие или получить удар током.

Кулеры на процессоры, кулеры на винчестеры, кулеры на видеокарты и системные чипсеты. Прибавьте к этому кардкулеры, системные бловеры и кулеры для ноутбуков. В таком количестве устройств для охлаждения легко можно запутаться, и помаленьку начинаешь верить, что кулеры - основная составляющая сегодняшнего компьютера. К счастью, или к сожалению, но пока что это не так, и на сегодняшний день ещё нет необходимости обвешивать Ваш любимый ПК шумными вентиляторами до тех пор, пока он не взлетит. В этой статье мы постараемся разобраться, что же в компьютере является источниками тепла, какие существуют способы охлаждения этих компонентов, и надо ли вообще бороться с повышенной температурой компьютера.

Теоретические основы охлаждения

Итак, немного теории. Из курса физики известно, что любой проводник, по которому протекает электрический ток, выделяет тепло. Это означает, что абсолютно все составляющие компьютера, начиная от центрального процессора и заканчивая проводами питания, подогревают окружающий воздух. Количество теплоты, выделяемое тем или иным компонентом компьютера напрямую зависит от его энергопотребления, которое, в свою очередь, определяется множеством других факторов: если мы говорим о жёстком диске, то мощностью электромоторчика и электроникой контроллера, а если о процессоре или другом чипе, то числом интегрированных в него элементов и технологическим процессом его производства. Такова физика нашего мира, и от этого никуда не деться. Но ведь никому до сих пор не пришла в голову идея клеить радиаторы на электрические провода и обдувать, скажем, внутренние модемы! Это потому, что различные компоненты компьютера влияют на температуру в корпусе по-разному, и если такое "холодное" устройство, как модем не требует никакого дополнительного охлаждения, то той же самой видеокарте мы уделяем слишком много внимания, поэтому на современные платы и ставят огромные кулеры, иногда даже с двумя вентиляторами.
Но прежде всего, давайте повторим, что же такое кулер. Кулер (от англ. Cool - холод) представляет собой устройство для охлаждения чего-либо. Основной задачей любого кулера является снижение и поддержание температуры охлаждаемого тела на заданном уровне. И в зависимости от типа охлаждаемого устройства, будь то транзистор, чип, процессор или даже винчестер, применяются различные типы кулеров. В нашем понятии кулер укрепился, как "большая железяка с пропеллером", и чем она больше, тем она лучше. Однако, кулеры могут представлять из себя и более сложные устройства, стоимостью сотни долларов. Обычно, кулеры, применяющиеся в компьютерах, состоят из вентилятора, радиатора и крепления.

Радиаторы

Радиатор (от англ. Radiate - излучать) служит для отвода тепла от охлаждаемого объекта. Он находится в непосредственном контакте с охлаждаемым объектом, и его основная функция - принять на себя часть выделяемого телом тепла и рассеять её в окружающий воздух. Как известно, опять же из курса физики, объект отдаёт тепло только со своей поверхности, а это означает, что для достижения наилучшего отвода тепла, охлаждаемый объект должен иметь как можно большую площадь поверхности. В сегодняшних радиаторах площадь поверхности увеличивается за счёт установки большего количества рёбер. Тепло от охлаждаемого объекта переходит к основанию радиатора, а потом равномерно распределяется по его рёбрам, после чего оно уходит в окружающий воздух, и этот процесс называется излучением. Воздух вокруг радиатора постепенно нагревается, и процесс теплообмена становится менее эффективным, поэтому эффективность теплообмена можно будет поднять, если постоянно подавать холодный воздух к рёбрам радиатора. Для этого сегодня используются вентиляторы. Но о них мы поговорим чуть позже.
Радиатор должен иметь хорошую теплопроводность и теплоёмкость. Теплопроводность определяет скорость распространения тепла по телу. Для радиатора теплопроводность должна быть как можно более высокой, потому что зачастую площадь охлаждаемого объекта в разы меньше, чем площадь основания радиатора, и при низкой теплопроводности тепло от охлаждаемого объекта не сможет равномерно распределиться по всему объёму, по всем рёбрам радиатора. Если радиатор выполнен из материала с высокой теплопроводностью, то в каждой его точке температура будет одинакова, и со всей площади его поверхности тепло будет выделяться с одинаковой эффективностью, то есть не возникнет ситуации, когда одна часть радиатора будет раскалённой, а другая - останется холодной и не будет отдавать тепло в окружающий воздух. Теплоёмкость определяет количество теплоты, которое нужно сообщить телу, чтобы повысить его температуру на 1 градус. Для радиаторов теплоёмкость должна быть как можно более высокой, потому что при остывании на один градус тело отдаёт то же самое количество теплоты. Теплоёмкость и теплопроводность радиатора зависят от материала, используемого для его изготовления.

Таблица термических свойств материалов

Как видно, для изготовления радиаторов выгоднее всего использовать два материала: алюминий и медь. Первый из-за низкой стоимости и высокой теплоёмкости, а второй - из-за большой теплопроводности. Серебро слишком дорого стоит, чтобы его можно было использовать для создания радиаторов, но даже если не брать в расчёт его высокую цену, благодаря хорошей теплопроводности, этот металл лучше всего применять для изготовления только лишь оснований радиаторов.
Конструкция радиатора также имеет большое значение. К примеру, рёбра могут быть установлены под разным углом к воздушному потоку. Они могут быть прямыми по всей длине радиатора, или рассечены поперёк, они бывают толстые и с заусенцами, если радиатор произведён по технологии выдавливания, или тонкими и гладкими, если он был отлит из расплавленного металла. Рёбра могут быть плоскими, согнутыми из пластин и впрессованными в основание. Радиатор вообще может быть игольчатым, то есть вместо рёбер иметь цилиндрические или квадратные иглы. Сегодня известно, что по конструкции рёбер лучше всего показывают себя игольчатые радиаторы.

Тепловой интерфейс

Радиаторы прилегают своим основанием к охлаждаемому объекту, и тепло от него к радиатору переходит лишь через поверхность их соприкосновения, поэтому надо стремиться, чтобы она была как можно больше. Но даже имеющуюся обычно площадь соприкосновения (к примеру, поверхность ядра процессора) надо использовать на все сто процентов. Дело в том, что при соприкосновении двух поверхностей, между ними остаются мельчайшие полости, заполненные воздухом. Этого невозможно избежать, и какой бы ровной и гладкой не казалась Вам поверхность радиатора, она всё равно имеет трещинки и впадины, где собирается воздух. Воздух очень плохо проводит тепло, а потому эффективность охлаждения будет существенно ниже возможностей радиатора.
Чтобы избавиться от воздушных подушек и увеличить эффективность охлаждения, применяют различные тепловые интерфейсы. Они имеют высокую теплопроводность и за счёт текучести заполняют собой все неровности основания радиатора. В результате, те места, где раньше был мешающий нам воздух, теперь заполнены хорошо проводящим тепло материалом, и радиатор уже работает с максимальной отдачей. Тепловые интерфейсы бывают различных типов: термопасты или проводящие прокладки. Прокладки представляют собой резиноподобные полимерные пластинки, нанесённые на основание радиаторов. При нагреве они изменяют своё агрегатное состояние и размягчаясь заливают собой все неровности. Сейчас термопасты поставляются в комплекте с подавляющим большинством фирменных кулеров. Чаще термопаста просто вкладывается в коробочку с кулером в шприце или маленьком целофановом пакетике. Но бывает, что она уже нанесена на основание радиатора. В этом случае её хватит лишь на одну-две установки, так как собрать её с охлаждаемого чипа или процессора будет сложнее, чем купить ещё один пакетик с пастой. При выборе термоинтерфейса я бы рекомендовал использовать термопасты, а не термопрокладки. Большая текучесть термопаст позволяет им лучше заполнять собой все неровности радиатора, а за счёт использования в своём составе таких материалов, как серебро или алюминий, они обладают более высокой теплопроводностью. Сегодня в продаже можно встретить термопасты с 90%-ным содержанием серебра. И хотя серебро является отличным электрическим проводником, изготовители гарантируют, что термопаста не замкнёт контакты элементов платы или устройства, на которое она нанесена, но всё же рекомендуют не проверять изолирующие свойства их продукта и по возможности избегать попадания термопаст на электрические элементы компьютера.

Вентиляторы

Вентиляторы обеспечивают непрерывный поток воздуха, обдувающий радиатор, превращая менее эффективный процесс излучения в более эффективный - конвекцию. Конвекция - это процесс обмена тепла, отличающийся от излучения тем, что охлаждающий воздух постоянно находится в движении. В активных кулерах он принудительно поступает в радиатор и нагреваясь, рассеивается в окружающей среде. С использованием вентилятора кулер становится намного производительнее, и температура охлаждаемого объекта может падать в два раза, а то и больше, в зависимости от производительности вентилятора. Производительность вентилятора - это основная его характеристика, измеряющаяся в количестве кубических футов воздуха, перегоняемых им в минуту, сокращённо - CFM (Cubic Feet per Minute). Она главным образом зависит от площади вентилятора, его высоты, профиля лопастей и частоты их вращения. Чем эти величины больше, тем большее количество воздуха сможет перегонять вентилятор, и соответственно тем более эффективным будет охлаждение. Сегодня в вентиляторах для компьютерных кулеров нет возможности бесконечно увеличивать ни размеры, ни скорость вращения крыльчатки. Понятно, что вентилятор размером больше 80 мм уже трудно разместить в корпусе, а частота вращения пропеллера напрямую влияет на уровень его шума. Кроме того, больший по размерам вентилятор должен будет иметь более мощный и более дорогой электрический моторчик, что скажется на его стоимости.
Все вентиляторы, используемые сегодня в компьютерах, питаются от постоянного тока, чаще всего напряжением 12В. Для подключения к питанию они используют трёхконтактные Molex-коннекторы (для Smart-вентиляторов) или четырёхконтактные PC-Plug коннекторы.

Разъём Molex имеет три провода: чёрный (земля), красный (плюс) и жёлтый (сигнальный). PC-Plug имеет четыре провода: два чёрных (земля), жёлтый (+12 Вольт) и красный (+5 Вольт). Разъёмы Molex устанавливаются на материнских платах, чтобы система сама могла контролировать скорость вращения вентилятора, подавая на красный провод различное напряжение (обычно от 8 до 12 В), и изменять её в случае необходимости. По жёлтому сигнальному проводу материнская плата получает от вентилятора информацию о частоте вращения его лопастей. Сегодня это стало очень актуальным, поскольку остановившийся на кулере процессора вентилятор может привести к повреждению процессора. Поэтому современные материнские платы следят, чтобы вентилятор всегда вращался, и если он останавливается, то выключают компьютер. Подключение через Molex имеет один недостаток: к материнским платам опасно цеплять вентиляторы с потребляемой мощностью более 6 Вт. Разъём же PC-Plug выдержит десятки Ватт, но при подключении к нему Вы не сможете узнать, работает ли Ваш вентилятор или нет. Сегодня всё чаще вентиляторы имеют в комплекте переходники PC-Plug - Molex, чтобы подключать их к блоку питания, или даже сразу оба разъёма: PC-Plug и Molex, чтобы получать питание от БП компьютера, а по сигнальному проводу Molex-а сообщать материнской плате о скорости работы моторчика.
Также вентиляторы могут иметь различный тип подвески ротора. Для этого используются подшипники скольжения (Sleeve bearing) или качения (Ball bearing). В вентиляторе может быть один или два подшипника, причём иногда в них совмещаются разные типы - Sleeve и Ball. Наиболее надёжными считаются вентиляторы с подшипниками качения (обычные шариковые подшипники). Компании-производители обещают им непрерывную работу в течение 50 000 часов, что составляет более пяти лет, а те же, которые используют подшипники скольжения, обещают жить не более 30 000 часов, около трёх с половиной лет. Сегодня уже существуют вентиляторы с керамическими подшипниками, которым обещают почти что бессмертие - 300 000 часов беспрерывной работы, а ведь это тридцать шесть лет! Однако, с одной стороны, заявленные времена жизни вентиляторов очень редко соответствуют действительности, и зачастую их надо делить на два, а то и на три, а с другой стороны, поверьте мне - тридцать шесть лет компьютер не проживёт. Стоит рассчитывать, что обычный вентилятор может жить год-два. Потом он начинает гудеть, и его надо смазывать, но даже смазка решит проблему лишь на время, и в скором времени вентилятор придётся заменить на новый.
Некоторые современные вентиляторы имеют автоматическую регулировку скорости, в зависимости от температуры окружающего воздуха или температуры радиатора. Мы расскажем Вам об одном таком в конце статьи. Практически у всех них датчик температуры стоит непосредственно на самом вентиляторе и может не отражать реальную температуру охлаждаемого объекта. То есть, при повышении температуры процессора, кулер, на котором установлен такой автоматический вентилятор, может только через пару минут повысить свои обороты. Другое дело, это вентиляторы с установленными на них сигнализациями остановки. При снижении частоты вращения ротора ниже определённого предела, специальный электронный блок на проводе вентилятора подаёт громкий писк, и Вы точно знаете, что пришло время выключить компьютер и заменить кулер.

Пассивные кулеры

Пассивные кулеры - это обычные радиаторы, установленные на охлаждаемый объект. Они отводят тепло только излучением, в случае, если не обдуваются какими-нибудь вентиляторами компьютера, и применяются для охлаждения маломощных и малых по размерам элементов, например, чипов памяти или транзисторов. Радиаторы устанавливаются сегодня на видеокарты, некоторые материнские платы, где ещё нет полноценных кулеров, модули памяти, да и вообще практически на всё, что приходится охлаждать, и даже на центральные процессоры, если они имеют малую мощность.

Частный случай пассивного кулера - распределитель тепла. Выглядит он как "лысый" радиатор, полученный из пластины, без рёбер и с небольшой площадью поверхности. Распределители тепла применяют сегодня для охлаждения системной памяти. В частности, компания Thermaltake выпускает специальные наборы для DDR SDRAM DIMM модулей. Недостатком распределителей тепла, как и пассивных кулеров, является их малая эффективность.

Активные кулеры

Активными называются кулеры, работающие за счёт конвекции. Проще говоря, это радиатор с установленным на него вентилятором. Чаще всего они используются для охлаждения процессоров. И сегодня, говоря слово "кулер", мы и подразумеваем, в первую очередь, именно их. Активные кулеры используются практически везде, где требуется охлаждение, заменяя собой обычные радиаторы. Преимуществами такого охлаждения можно назвать значительно большую эффективность в сравнении с обычными радиаторами. Активные кулеры в состоянии охлаждать раскалённые процессоры, имея при этом небольшие размеры. Но вентиляторы всегда являются источниками шума в компьютерах, а иногда и вибрации. Поэтому охлаждать ими надо лишь сильно греющиеся элементы, иначе работать за шумной машиной станет невыносимо. Ещё один недостаток активных кулеров в том, что они недолговечны. Лопасти вентилятора вращаются, и рано или поздно подшипники на роторе выйдут из строя, и он остановится. Естественно, в этом случае охлаждаемый элемент перегреется и, возможно, выйдет из строя. Но чаще всего вентиляторы перед остановкой начинают громко гудеть, так что Вы будете предупреждены заранее.

Теперь, когда мы разобрались в основах охлаждения компьютера, мы можем перейти к рассмотрению источников тепла в компьютере и способов их охлаждения.

Что в компьютере греется, и как оно охлаждается

Ну что же, имея представление о кулерах, давайте теперь составим картину, что же греется в компьютерах, и как это нужно (если нужно) охлаждать. Начнём мы с самого основного элемента любого ПК - центрального процессора. Сегодня охлаждению процессоров уделяется особое внимание, и поэтому каждый производитель кулеров для PC обязательно имеет в своём ассортименте и охладители для CPU.

Процессоры

Если не рассматривать серверные и переносные компьютеры (в том числе и ноутбуки), то сегодня в персональных компьютерах используются процессоры двух компаний-производителей: Intel и AMD. Они используют три основные платформы: Socket 370, Socket 478 и Socket 462 (Socket A). Цифры в обозначении платформы показывают число контактов каждого процессора. Естественно, между собой все эти стандарты не совместимы, и Pentium III под Socket 370 не установишь в материнскую плату с каким-нибудь другим гнездом. До недавнего времени был распространён ещё и стандарт Socket 423 под первые Pentium 4, но с приходом более современного Socket 478, он почти исчез и сейчас успешно забывается. Для каждого типа процессоров существуют свои стандарты кулеров.

В Socket 370 используют процессоры Intel Pentium III, Intel Celeron (кроме новых под Socket 478) и VIA C3. Процессоры же производства AMD (Duron, Athlon на ядре Thunderbird, Palomino и Thoroughbred) используют разъём Socket A. Кулеры для Socket 370 и Socket A почти совместимы друг с другом. Точнее, можно сказать, что они и полностью совместимы, но это не означает, что Вы сможете установить кулер под Athlon на Pentium III. Дело в том, что хотя гнезда Socket 370 и Socket A имеют одинаковые размеры, всё же стандарты, по которым AMD рекомендует строить материнские платы, отличаются от Intel-овских. Прежде всего, посмотрите на фотографию. Гнездо Socket A имеет по три зубчика спереди и сзади для крепления кулера. Изначально подразумевалось, что на процессоры Athlon будут ставиться более мощные охладители, которые потребуют более жёсткое крепление, и один зубчик может сломаться под пружиной кулера. Кроме того, AMD рекомендовала производителям материнских плат оставлять так называемую свободную зону слева и справа от гнезда. В этой зоне не должно быть никаких элементов, которые бы могли помешать установке прямоугольных кулеров длиной более 55 мм (ширина гнезда). Таким образом, на процессоры Athlon и Duron можно устанавливать кулеры размером 60x80мм и высотой насколько позволяет Ваш корпус. На Pentium III, конечно же, такие большие охладители вряд ли станут, но это опять же зависит от материнской платы.

Кроме того, многие материнские платы под Athlon/Duron имеют вокруг гнезда четыре отверстия. Это ещё один способ крепления кулера - не к гнезду, а к материнской плате. С одной стороны, он более удобный, поскольку кулер уже не отвалится, отломав зубчик, а с другой стороны - для его замены или апгрейда процессора придётся снимать материнскую плату. Хорошо это или плохо, но недавно AMD перестала требовать наличия четырёх отверстий в свободной зоне возле гнезда процессора, и все будущие кулеры будут крепиться только к нему, а не к материнской плате.
Процессоры Athlon выделяют до 73 Вт тепла в неразогнанном состоянии. Для мощных серверов такое тепловыделение процессора - обычное дело, а вот для настольных компьютеров это очень много, а к тому же площадь ядра процессора постоянно уменьшается, поэтому охладители для современных процессоров активно используют медь в своих радиаторах. И в продаже Вы сможете увидеть кулеры не только с алюминиевыми радиаторами, но и с медным основанием, или полностью медные. Некоторые производители, пытаясь увеличить эффективность кулеров, покрывают сверху медь ещё и никелем, серебром или другими материалами с высокой теплопроводностью. Вентиляторы на таких кулерах чаще всего имеют размер 60x60x25 мм, хотя сейчас большое распространение получают 70мм и 80мм модели. Они имеют меньшую скорость вращения и работают намного тише.

Процессор	Тепловыделение, Вт
AMD Duron 1100	51
AMD Duron 1200	55
AMD Duron 1300	57
AMD Athlon Thunderbird 1400	73
AMD AthlonXP (Palomino) 2100+	72
AMD AthlonXP (Thoroughbred) 2600+	68.3

В случае с охладителями для Socket 370 всё намного проще: все они цепляются за два зубчика гнезда и имеют размеры, не превышающие размеров гнезда. Обычно от 50x50 до 60x60 мм. Тепловыделение процессоров Pentium III примерно в два раза меньше, чем у Athlon, поэтому охлаждать их проще, и на Pentium III чаще всего используются кулеры с полностью алюминиевыми радиаторами или с медным основанием. Они стоят дешевле полностью медных, в которых к тому же и нет необходимости.

Если продолжать разговор про Socket 370 и вспомнить про процессоры VIA C3, то можно и вовсе забыть про кулеры. Дело в том, что VIA C3 имеют репутацию "холодных" процессоров, потому что они выделяют слишком мало тепла и могут работать и с пассивными охладителями - обычными радиаторами, или совсем простенькими кулерами. Для них тепловыделение не проблема, и поэтому компьютеры на их базе работают очень тихо.
Сегодня выгоднее выпускать кулеры для процессоров Intel Pentium 4 и Celeron под Socket478. Дело в том, что рынок охладителей под Athlon уже достаточно насыщен, а к тому же цена на компьютеры с процессорами AMD невысоки, и не каждый пользователь готов дорого заплатить за хороший кулер. С Pentium 4 ситуация совсем другая, так как они стоят намного дороже конкурентов от AMD, и на рынок высокопроизводительных процессоров можно продавать кулеры стоимостью несколько десятков долларов.

В компьютерах с процессорами Pentium 4 и Celeron под Socket 478 кулер крепится к специальной стойке на материнской плате. Есть мнение, что процессоры Pentium 4 вообще не перегреваются. Оно в корне неверно, и первые Pentium 4 действительно грелись слабее своих товарищей Athlon, но сейчас энергопотребление Pentium 4 с частотой 2.8 ГГц находится в районе 64 Вт, а Pentium 4 3.0 ГГц обещает требовать до 80 Вт. Конечно, современные технологические процессы и конструкция Pentium 4 со встроенным распределителем тепла помогают ему лучше бороться с выделяемым теплом, но он также, как и Athlon требует большой кулер. Правда, коробочные варианты процессоров уже поставляются с кулерами, но при необходимости в магазинах можно найти широкий ассортимент охладителей для Pentium 4.

Кулеры под Socket 478 имеют, в основном, один вид крепления: двумя стальными скобами они цепляются за пластиковые упоры материнской платы и крепко прижимаются к поверхности процессора. Иногда от слишком сильных пружин кулера материнская плата слегка изгибается, но по большому счёту это не страшно. Для компьютеров, использующих Pentium 4 в низких или серверных корпусах, существуют кулеры, крепящиеся к материнской плате без использования стоек вокруг процессора.

Так же, как и в случае с некоторыми охладителями под Athlon, в них крепление проходит сквозь отверстия в материнской плате (для этого с неё придётся снять стандартные держатели для кулера) и фиксируется сверху на процессоре. В этом случае на плату подаётся куда меньшая физическая нагрузка. К сожалению, такие кулеры мало распространены.
Под Pentium 4 выпускаются кулеры с различными радиаторами. Здесь есть как чисто алюминиевые, так и с медными основаниями, или полностью медные. Вентиляторы для таких кулеров обычно ставятся тихие, потому что их низкая производительность компенсируется большими размерами радиаторов. Хотя, громкие модели тоже нередкое явление среди охладителей для Socket 478.

Представляет собой несложную конструкцию, обычно состоящую из бесколлекторного электродвигателя постоянного тока и лопастей крыльчатки, которые приводятся в движение для перемещения воздушных масс. Это устройство давно стало стандартным компонентом в системах охлаждения современных , однако для производства вентиляторов до сих пор применяются различные технологии и принципы. В этом материале мы попробуем разобраться с одним из наиболее часто возникающих вопросов по этим, казалось бы, банальным комплектующим: типу и характеристикам подшипников.

Возможно, вы могли видеть, как на упаковках кулеров производители указывают слово бесколлекторный (brushless) применительно к типу используемого вентилятора. Но какой же смысл несет данное обозначение? Чтобы понять это, следует сначала разобраться, как работает коллекторный (brushed) электромотор.

В простейшем случае, так называемый коллекторный электродвигатель постоянного тока (словосочетание “постоянный ток” повторяется нами вновь, так как именно DC, Direct Current, служит источником питания для компьютерных вентиляторов) является неким металлическим цилиндром, вокруг которого закручена медная проволока. Более корректным языком следует называть эту пару ротором с обмоткой. На цилиндре закреплен вал, и в совокупности это соединение подвижно. Таким образом, при движении цилиндра, вращение передается на вал, который, в свою очередь, уже может быть соединен со следующими движимыми компонентами системы. В частности, именно на валу закреплена крыльчатка интересующих нас кулеров.

При подаче энергии на обмотку прежде нейтрального цилиндра, он превращается в электромагнит, генерирующий магнитное поле между двумя полюсами (называемыми северным и южным). Кроме того, вокруг мотора дополнительно помещаются два магнита с противоположной полярностью (поляризующих магнита, статора). В то время, когда генерируемое рабочим электромагнитом магнитное поле оказывается противоположным создаваемому статичными магнитами, мотор приходит в движение; действует пара сил Ампера (ведь одноименные магнитные полюса отталкиваются друг от друга, а разноименные - притягиваются). Мы отобразили данный начальный этап на первом рисунке.

Однако при описанной выше конфигурации после поворота на 180 градусов, цилиндр вместе с валом вновь придут в состояние покоя, прекратив движение; система окажется в равновесии.
Получается, что для дальнейшего вращения мотора, требуется инвертировать полярность рабочего электромагнита. При этом обратится формируемое мотором магнитное поле, и цикл с поворотом на 180 градусов до остановки (как на первом шаге) повторится.

Таким образом, для того, чтобы заставить мотор постоянно вращаться, необходим механизм, который бы автоматически изменял полярность ротора. Самый простой и дешевый вариант решения этой задачи - щёточно-коллекторный узел. Такие узлы бывают технически сложными, но для простого примера достаточно рассмотреть такой мотор, у которого движимая часть соединяется с недвижимым источником подачи тока через пару щёток. Они находятся на концах обмотки ротора и соприкасаются с контактами коллектора каждый раз при повороте на половину оборота, тем самым инвертируя полярность. Стоит отметить, что щётки получили свое название из-за первых, не слишком долговечных и надежных реализаций идеи скользящих контактов. Описанные в данном абзаце этапы работы мотора показаны на следующем изображении:
Естественно, приведенное описание сильно упрощено; существуют намного более сложные двигатели, однако сам принцип коллекторных моторов и в них остается неизменным. К сожалению, работающие таким образом электродвигатели не слишком подходят для персональных компьютеров: их срок службы оставляет желать лучшего, как и надежность при вращении на больших скоростях, не говоря уже о высоком уровне шума и возможном возникновении искры при контакте щёток с коллектором. Такие двигатели нередки в профессиональных электрических инструментах, где щётки часто являются расходным материалом.

Прежде чем начать разговор о том, каковы тонкости и нюансы системы охлаждения, стоит отметить некоторые наиболее значимые аспекты для дальнейшего понимания механизма охлаждения как целостной (единой) системы, поддерживающей стабильную работу компьютера.

Итак, все корпуса системных блоков компьютеров собираются производителями по единому стандарту (так называемый стандарт АТХ). В более широком смысле этот стандарт отвечает за устройство всего компьютера (включая отдельные компоненты: распиновка разъемов питания, размеры материнских плат и т.д.). Нас же интересуют только принципы и порядок размещения технологических отверстий и вентиляторов внутри системного блока. Как видно на фото 1 воздух в системном блоке всегда движется в строго определенном направлении, т.е. от передней к задней стенке (фото 1).

Вот за обеспечение движения воздуха в системном блоке как раз и отвечают вентиляторы (их еще называют «кулеры»).

Распределение кулеров в системном блоке

Кулер в передней части системного блока служит для нагнетания воздуха вовнутрь. Именно поэтому при установке вентиляторов следует обращать внимание на то, в какую сторону будет двигаться воздух, ведь если повернуть кулер другой стороной, то он будет выдувать, а не нагнетать воздух (некоторые производители специальной стрелкой на боковой поверхности вентилятора указывают направление движения воздуха при его работе). Фото 2.

Кулер в боковой стенке не является обязательным атрибутом, но если он присутствует, то он также отвечает за нагнетание воздуха вовнутрь системного блока.

Что касается движения воздуха через нижнюю и верхнюю части блока, что здесь, как правило, есть специальные технологические отверстия, через которые также проходит воздух. В зависимости от конструкции блока и его начинки (размещение деталей и узлов, нависание жгутов проводов и т.п.) через эти отверстия воздух либо поступает, либо отводится естественным образом.

За отвод воздуха из блока отвечает вентилятор, расположенный на задней стенке корпуса. И это место выбрано не случайно. Еще помните, что теплый воздух всегда поднимается вверх? Так вот именно поэтому данный кулер находится в верхней части системного блока. Кстати, стоит заметить, что в хороших системниках блок питания находится внизу (как на фото 1), а отводящий кулер - вверху (т.е. на том месте, где у большинства стандартных системников устанавливается блок питания).

Примечание: Многие пользователи любят устанавливать дополнительные вентиляторы в верхней крышке корпуса для нагнетания воздуха вовнутрь. В результате они только снижают эффективность всей системы охлаждения.

Как правильно подобрать необходимый кулер

Для системных блоков существует три самых распространенных типоразмера вентиляторов:

1. 80х80х25 мм
2. 92х92х25 мм
3. 120х120х25 мм

Все они различаются типом (по типу используемого подшипника) и видом устанавливаемых электродвигателей: они обеспечивают разную скорость вращения крыльчатки (при этом потребляют различный ток). Кроме того, вентиляторы имеют разную полезную площадь лопастей. А уже от скорости вращения лопастей и размеров самого вентилятора зависит его производительность, а именно величина статического давления (т.е. нагнетание в замкнутую систему под давлением) и максимальный объём этого нагнетенного воздуха за единицу времени. Объём переносимого воздуха обозначается как CFM (cubic feet per minute), а скорость вращения - RPM (rotates per minute).

При выборе вентиляторов следует обращать внимание на размер его крыльчатки (т.е. диаметральная площадь, по которой вращаются лопасти). Ведь при одной и той же скорости вращения кулер с большей площадью крыльчатки, другими словами больше размером, является более эффективным. Кроме того, такой вентилятор меньше шумит, так как может работать при меньших оборотах (а объем прокачивать тот же). Фото 3.

Примечание: если в задней части корпуса вентилятор работает интенсивнее (т.е. имеет более высокую скорость вращения, чем вентилятор спереди и при условии, что он не меньше по типоразмеру), то таким образом через всю систему прокачивается намного больший объем воздуха. Тем самым охлаждение является более эффективным.

Кулер и радиатор для процессора

Что касается требований к радиаторам для процессора, то здесь стоит выбирать радиаторы из меди или с медным сердечником. Если вы готовы приобрести радиатор на тепловых трубках, то такая система охлаждения будет еще эффективней, так как в таких радиаторах отвод тепла происходит по тепловым трубкам до самых дальних ребер.

Вообще стоит отметить, что эффективность охлаждения процессора является проблемой комплексной. Так если радиатор имеет низкую теплопроводность (его основание греется быстрее, чем концы его ребер) или если он обладает высоким гидравлическим сопротивлением (т.е. более густое оребрение радиатора требует большего давления, чтобы прокачать сквозь него воздух), то данные проблемы одним только увеличением скорости вращения вентилятора не решишь. Мнение, чем быстрее вращается кулер, тем лучше – является не верным. В таких случаях решение выглядит таким образом (фото 4): радиатор на тепловых трубках с двумя кулерами от Venom.

Если вы обладатель только лишь боксового варианта радиатора (от англ. Box – коробка, т.е. коробочный вариант, стандартный, заводской), не стоит отчаиваться. Помните, что правильная организация воздушного потока внутри корпуса прекрасно справится с охлаждением всей системы.

Относительно вентилятора для радиатора следует знать, что кулер должен соответствовать габаритам радиатора. Нет смысла на боксовый радиатор от AMD лепить чудо 120х120 мм, так как необходимо не обдувать сам радиатор, а именно продувать воздух сквозь ребра радиатора, что, согласитесь, невозможно при несоответствии размеров кулера (площади его крыльчатки) и радиатора (поперечной площади его ребер).

Немаловажным является выбор типа подшипника вертушки. Так подшипники качения (ball bearing) являются самыми долговечными и тихими, однако подшипники скольжения (slide bearning) менее долговечны, но при этом имеют меньшую стоимость.

Вопрос, с какой скоростью должен вращаться кулер, является довольно тривиальным. Дело в том, что чем выше скорость вращения, тем интенсивнее воздушный поток. И вместе с тем трудно сказать, достаточен ли этот поток процессору в данный момент, пока не узнаешь текущую температуру ядра. Другими словами температуру нужно отслеживать и в зависимости от нагрузки регулировать скорость вращения кулера. Заниматься этим вручную (если вы не фанат оверлокинга) нет никакого смысла. Материнские платы уже давно регулируют скорость вращения кулеров автоматически.

На что стоит обратить внимание, так это на максимальную скорость вращения вентилятора. Современные кулеры поддерживают максимальную скорость вращения от 2000 до 8000 оборотов в минуту. А вот обычное (штанное) значение для боксовых кулеров Intel находится в пределах от 3000 до 4000 оборотов в минуту.

Радиаторы для материнской платы

Кроме всего прочего, охлаждению также подлежат компоненты материнской платы. Так, например, производители устанавливают уже готовый комплект радиаторов на южный и северный мост, а также на группу силовых транзисторов (фото 5).

Такое решение, очевидно, очень повышает эффективность всей системы охлаждения в целом. Ведь рассеянное тепло легче отвести даже слабым воздушным потоком.

Как видеокарта снижает эффективность охлаждения

Как ни странно, но видеокарта, несмотря на наличие собственной системы охлаждения, также может негативно влиять на всю остальную систему охлаждения системного блока.

Это происходит от того, что отводя тело от графического процессора, система охлаждения выбрасывает его внутрь системного блока. А некоторые и вовсе просто перемешивают воздух внутри корпуса компьютера. Кроме того, из-за большой площади самой платы видеокарты внутренний объем системного блока становится как бы разделенным пополам, что препятствует свободному движению воздуха (фото 6). Для решения этой проблемы рекомендуется устанавливать дополнительный вентилятор на боковой стенке кожуха.