Охлаждение для видеокарт: описание системы и отзывы о производителях. Тестирование системы, анализ результатов. Контроль и управление вентиляторами

24.08.2016, СР, 14:42, Мск

От правильного выбора системы охлаждения ЦОДа напрямую зависит его ключевая характеристика – надежность. Существует несколько способов отвода тепла из дата-центра, но мы рассмотрим только два наиболее распространенных из них – это «фреоновые кондиционеры» (с воздушным охлаждением) и «водяные кондиционеры» (получающие холод от чиллеров). Итак, «фреон» или «вода»?

Как и любая сложная техническая область, тема теплоотвода в ЦОДах обросла большим количеством мифов и предубеждений.

Первая группа мифов говорит о том, что «вода представляет опасность для ИТ-оборудования».

Миф 1: водяное охлаждение – это когда вода внутри сервера

Это не совсем верно: существуют серверные платформы с прямым охлаждением при помощи воды, но это пока экзотика. Наиболее распространенный способ отвода тепла от ИТ-оборудования – при помощи принудительно прогоняемого через его радиаторы воздуха. Описанные выше способы отвода тепла описывают процесс на уровне ЦОДа в целом, а не на уровне единиц ИТ-оборудования.

Миф 2: вода в серверном помещении – это недопустимый риск

Существует множество технических решений по недопущению попадания воды в ИТ-оборудование при протечке. Для этого надо проработать возможные сценарии аварий и принять соответствующие проектные решения.

Вторая группа мифов: водяная система очень дорогая и сложная в эксплуатации, а фреоновая привычнее и эффективнее.

Миф 3: водяная система – это слишком сложно и дорого

Необходимо рассматривать конкретные случаи. Возможна ситуация, когда наоборот – фреоновая система будет слишком сложной и дорогой, особенно если рассматривать не только строительство ЦОД, но и его обслуживание.

Миф 4: водяное охлаждение – это для больших ЦОДов

Да, у вас может быть обычная серверная комната на 20 стоек. Но необходимо произвести оценку, ведь может оказаться, что для этой серверной потребуются 20 отдельных фреоновых кондиционеров, поэтому водяная система будет выгоднее при эксплуатации.

Третья группа мифов порождена незнанием устройства систем охлаждения.

Миф 5: водяная система питается от магистрали водоснабжения

Нет, водяные системы питаются от чиллера специально подготовленной очищенной охлажденной водой или водно-гликолевой смесью с добавлением ингибиторов коррозии.

Миф 6: можно использовать бытовой фреоновый кондиционер

Идея «дуть на оборудование холодом» от бытового кондиционера – следствие неправильного понимания задачи. Необходимо не просто подавать охлажденный воздух на оборудование, а отводить избыточное тепло, чтобы обеспечить соответствующие температурные условия эксплуатации. При этом охлажденный воздух выступает всего лишь в роли теплоносителя для перемещения определенного количества теплоты из помещения ЦОДа на улицу. Как известно из школьного курса физики, количество теплоты равняется удельной теплоемкости, помноженной на массу вещества и на разницу температур до нагрева и после нагрева. Если масса вещества (объем подаваемого из кондиционера воздуха) будет значительно меньше необходимого, то не спасет даже понижение температуры воздуха. Бытовые кондиционеры имеют в несколько раз меньшую производительность подачи воздуха, чем прецизионные. К этому можно добавить, что часть их мощности тратится на осушение воздуха (для создания комфортных условий для человека) и что они имеют малый ресурс (не предназначены для постоянной работы круглые сутки во все времена года).

Нам, людям третьего тысячелетия, ни к чему прозябать среди мифов и заблуждений. Мы можем оценить ситуацию в свете знаний. Ограничимся основными свойствами обоих вариантов, и рассмотрим их более внимательно.

Преимущества фреоновых систем

Относительная простота системы

По сути, фреоновый кондиционер, как и домашняя сплит-система, состоит из двух половинок: собственно кондиционера, устанавливаемого в охлаждаемом помещении, и внешнего блока, который размещается на улице. Обычно в самом кондиционере расположены вентиляторы, охлаждающий воздух теплообменник (испаритель), компрессор и управляющая электроника. Дополнительно в кондиционере могут быть пароувлажнитель, поднимающий влажность воздуха до требуемой, воздушные фильтры, и т. д. Внешний блок прецизионного кондиционера устроен совсем просто: только теплообменник, отдающий тепло в окружающий его воздух, вентилятор, и автоматика, этим вентилятором управляющая.

Соединяются кондиционер и его внешний блок парой медных трубок небольшого диаметра (обычно 15-20 миллиметров, редко больше), которые могут быть проложены даже в стесненных условиях.

Длительность монтажа одного кондиционера обычно не превышает двух-трех дней. Вне зависимости от мощности кондиционера принцип его действия не изменяется: и маленький потолочный аппарат на 7 кВт, и огромная 200-киловаттная машина устроены, в принципе, одинаково.

Полная независимость кондиционеров друг от друга

Если нужны несколько кондиционеров, они устанавливаются как независимые друг от друга агрегаты. Каждому кондиционеру – свой внешний блок с отдельными трубопроводами. Из этого свойства вытекают следующие дополнительные преимущества. Первое – высокая надежность резервированной системы: у нескольких кондиционеров, работающих в одном помещении, нет общих узлов и блоков, они полностью независимы, и, значит, нет единой точки отказа. Выход из строя одного кондиционера никак не влияет на работу остальных. Второе преимущество – простота расширения системы: во многих случаях для увеличения производительности системы в целом можно просто установить в этом же помещении еще один кондиционер.

Меньше начальные капитальные вложения

Как справедливый итог вышеперечисленных (и многих других) объективных свойств, фреоновая система оказывается и в закупке, и в монтаже, и в пуско-наладочных работах значительно (иногда – в два-три раза) дешевле, чем водяная с аналогичной производительностью. Простота прокладки медных труб и установки внешнего блока, полная независимость кондиционеров друг от друга и несложная процедура пусконаладки позволяют разворачивать системы охлаждения достаточно оперативно и сравнительно недорого.

Недостатки фреоновых систем

Сравнительно малая допустимая энергетическая плотность ЦОД

К сожалению, «удельная мощность одного кондиционера» получается не очень большой. Особенно, если рассматривать самый эффективный и популярный в настоящее время конструктив: компактные внутрирядные кондиционеры, устанавливаемые в рядах с серверными шкафами. Мощность в 15-20 кВт для корпуса шириной 600 мм (размером как обычный серверный шкаф) и не более 10-12 кВт для компактного 300-миллиметрового корпуса – практически предел для фреоновых машин. Есть отдельные экземпляры, мощность которых немного выше «средней по рынку», но это достигается уплотнением внутренней компоновки, как следствие – снижением ремонтопригодности аппарата.

В итоге высокая мощность системы может быть достигнута только установкой большого количества кондиционеров: каждый со своим внешним блоком, со своими трубопроводами… В следствие этого использование фреоновых кондиционеров в ЦОД средней плотности, с удельной нагрузкой на стойку от 7 до 10 кВт, представляется затруднительным, а при удельной нагрузке в 15 кВт и более – почти невозможным.

Каждому внутреннему блоку должен соответствовать отдельный внешний блок

Классический случай, когда достоинство оборачивается недостатком, переходя из количества в новое, но уже негативное, качество. Попробуйте представить, как будет выглядеть фасад вашего здания, если на нем повесить десять-пятнадцать внешних блоков (размер каждого, например, полтора на два метра). А шахта с тремя десятками труб? Комментарии к этой картине, пожалуй, излишни. Попытками «оптимизации» можно только усугубить проблему: существуют довольно жесткие ограничения по расстоянию от кондиционера до его внешнего блока. Типичное ограничение по длине трубок составляет 30-40 метров, редко больше, причем считается не настоящая длина, а «эквивалентная»: с учетом всех изгибов и поворотов. Поэтому равномерно распределить внешние блоки по большой площади не получится: они все равно будут создавать «толпу» около машинного зала ЦОДа.

Малая гибкость системы

В варианте охлаждения с подачей воздуха через фальшпол мощность одного кондиционера может достигать величин в 200 и более кВт, это уже довольно крупный агрегат, размером в несколько метров и весом в пару-тройку тонн. С мощностью порядок, но как ее регулировать? У фреоновой холодильной машины есть такой параметр, как минимальная нагрузка: если 100-киловаттный кондиционер заставить удалять из ЦОД всего 5 кВт тепла, то он просто не справится с этой задачей. Слишком маленькая тепловая нагрузка не сможет испарять то количество фреона, которое достаточно для нормальной работы цикла работы холодильной машины. Производители идут на разные ухищрения, чтобы побороть эту проблему, например, оснащают кондиционеры встроенными нагревателями, которые «донагружают» кондиционер дополнительным теплом. Получается абсурдная ситуация: чтобы охладить воздух – надо сначала нагреть воздух, потратив электричество не только на охлаждение, но и на нагрев. Что подводит нас к следующему недостатку фреоновых систем.

Низкая энергоэффективность

Грубо говоря – КПД любого кондиционера составляет 200 и более процентов: для того чтобы «сдуть» с оборудования, например, 100 кВт тепла, кондиционер потребляет от сети не более 50 кВт электричества, а зачастую и еще меньше. Однако на практике все не так хорошо: с учетом проблем регулирования мощности и некоторых «накладных расходов» на охлаждение оборудования фреоновыми кондиционерами вы потратите почти столько же электроэнергии, сколько потребляет само охлаждаемое оборудование. Но, как говорят в «магазине на диване», и это еще не все. Если мы попробуем построить график потребляемого тока во времени, то мы увидим, что электричество потребляется непостоянно, и неравномерно. На графике будут периоды времени, когда потребление мало (в эти моменты времени работают только вентиляторы, а фреоновый компрессор простаивает). Также на графике мы увидим периоды с «нормальным» энергопотреблением (работают и вентиляторы, и компрессор).

Кроме того, на графике будут кратковременные, но очень неприятные моменты с резкими и значительными бросками потребляемого тока. Это моменты включения компрессора после простоя, и броски эти называются «пусковой ток». Величина пускового тока обычно очень ощутима, и превышает номинальное значение в 10-15 раз. Это означает, что все составляющие в системе электропитания кондиционера должны выдерживать кратковременную, но значительную перегрузку. Например, если кондиционер питается от источника бесперебойного питания – этот ИБП должен выдержать перегрузку в 1000% в течение 5-15 секунд. Таких ИБП, к сожалению, не бывает, и для обеспечения работоспособности всей системы приходится использовать заведомо более мощный (переразмеренный) ИБП, который стоит «переразмеренных» денег. То есть фреоновая система предъявляет особые требования к смежной системе, значительно удорожая ее.

Отсутствие фрикулинга

Кроме того, что фреоновый кондиционер потребляет много электроэнергии – следует отметить тот факт, что он потребляет ее постоянно. Круглый год. А если на улице зима и кругом полным-полно «бесплатного» холодного воздуха – фреоновый кондиционер может потреблять еще больше электричества, потому что он вынужден подогревать свой внешний блок, «чтобы не замерз». Увы, нет никаких возможностей для экономии за счет природы.

Сложности ремонта

И о ремонте. Если из трубы капает вода, то труба обычно мокрая, а под трубой лужа. Это очень упрощает поиск места протечки: где лужа – там и течет. Фреон же течет только при давлении в десятки атмосфер, поэтому при малейшем повреждении трубы он просто незримо улетучивается. Поиск места протечки – занятие нетривиальное и занимает много времени. Для восстановления работы системы во многих случаях требуются остановка кондиционера, удаление хладагента и полная перезаправка после ремонта.

Преимущества водяных систем

Рассмотрев фреоновые кондиционеры, обратим свой взгляд на более сложный и дорогой вариант: водяную систему. Здесь уже трудно говорить об отдельных кондиционерах (представить себе одинокий водяной кондиционер можно, но сложно), будем рассматривать систему из нескольких аппаратов, работающих сообща. Начнем опять с преимуществ.

Фрикулинг и энергоэффективность

Основная причина существования водяных кондиционеров в ЦОДе – это, конечно же, высокая экономическая эффективность, обусловленная как высокой эффективностью системы в целом, так и возможностью «бесплатного» использования «уличного холода» в течение нескольких месяцев в году. В условиях средней полосы России даже типовая система с водяными кондиционерами, работающая в «обычном» температурном режиме и не «заточенная» специально под высокую энергоэффективность, позволяет «бесплатно» охлаждать ИТ-оборудование в течение 4-5 месяцев (когда температура воздуха на улице отрицательная). С применением некоторых технологических хитростей период работы фрикулинга можно увеличить до 7-8 месяцев. Потребление электроэнергии системой кондиционирования в режиме фрикулинга крайне невелико. Например, 100-киловаттная система будет потреблять около 1 кВт на насосы, перекачивающие теплоноситель, приблизительно 3 кВт на вентиляторы, обдувающие теплообменник на улице, и около 12 кВт съедят вентиляторы в кондиционерах. Итого, «условный КПД» составляет приблизительно 600%, а не 200, как у фреоновых систем.

Большая допустимая энергетическая плотность ЦОДа

В отличие от фреонового кондиционера, водяной устроен очень просто: у него внутри нет ни компрессора, ни сложной системы регулирования давления рабочего вещества, ни множества трубок и клапанов… По сути своей, водяной кондиционер – это просто теплообменник с вентиляторами, прокачивающими через него воздух. Освободившееся от сложной начинки место не пропадает даром: его занимает теплообменник, который заметно больше, чем во фреоновом аппарате. А чем больше теплообменник, тем мощнее кондиционер, при прочих равных. То есть в том же размере. Современный внутрирядный водяной кондиционер мощностью 60 кВт может быть собран в корпусе размером в половину серверного шкафа: шириной 300 мм. Благодаря такой компактности и высокой «удельной мощности» водяные кондиционеры позволяют строить «энергетически высокоплотные» ЦОДы с удельной нагрузкой на серверный шкаф в 15-20 кВт и выше, не занимая кондиционерами места больше, чем ИТ-оборудованием.

Возможность выбора

Вспомним, что является источником холода для водяного кондиционера: очень обобщенно говоря – это «труба с холодной водой» (кстати, хоть мы и говорим «вода», в нашем климате под этим словом обычно подразумевается незамерзающая смесь, антифриз). Если система построена правильно, от потребления воды одним аппаратом работа всех остальных кондиционеров никак не зависит. Следствием этого является принципиальная возможность организовать систему таким образом, чтобы «на одной трубе сидели» и мощные кондиционеры для машинного зала ЦОД, и менее производительные кондиционеры для зоны ИБП, и совсем небольшие аппараты для вспомогательных помещений – таких, как электрощитовая, коммутационная, и т. п.

Небольшое количество «внешних блоков»

А откуда в этой трубе, собственно, появляется холодная вода? Воду охлаждает холодильная машина, «чиллер». По принципу действия чиллер очень похож на фреоновый кондиционер, только охлаждает он не воздух, а жидкий теплоноситель. А сколько должно быть в системе чиллеров? Сколько угодно, начиная от одного. Да-да, если мощность холодильной машины достаточна для работы всех кондиционеров, то машина может быть всего одна на любое число кондиционеров. Правда, обычно чиллеров все-таки несколько. Это делается для повышения гибкости, надежности и обеспечения поэтапного развития системы. Но два, три, пять чиллеров – это не десяток, два, или более внешних блоков. ЦОД не похож на елку, увешанную игрушками – и это хорошо.

Нет ограничений по удалению чиллеров от кондиционеров

Одна из проблем фреонового кондиционера – это небольшое расстояние от кондиционера до его внешнего блока. А как далеко можно установить чиллер? Все определяется только производительностью насоса, перекачивающего теплоноситель, и «потерями холода» (нагревом воды «по дороге» от чиллера к кондиционерам) из-за неидеальной теплоизоляции. Но это преодолеваемые сложности, поэтому вполне возможна установка холодильных машин на кровле многоэтажного здания, в дальнем углу территории, и в любом другом удобном месте. Встречаются здания, в которых фреоновые кондиционеры установить в принципе нельзя, а водяные системы в таких условиях вполне работоспособны.

Простое обнаружение протечек и оперативный ремонт магистралей

Как можно обнаружить, что вода уходит из трубы? По падению давления в системе. А как найти место утечки? Визуально! В большинстве случаев не нужны приборы – течеискатели, нет необходимости отключать систему и проводить длительный поиск места утечки. Более того, при наличии оборудования аварийной подпитки водяная система кондиционирования при незначительных утечках может функционировать достаточно долго, чтобы ремонт из экстренного превратился в плановый. Методика ремонта, кстати, зависит от выбранного материала трубопроводов, и в некоторых случаях он возможен без отключения системы. А если предусмотреть резервные трубопроводы, то никакая протечка не станет губительной и не приведет к остановке ЦОДа. Да, в чиллере есть фреон, и он тоже может улетучиться. Но чиллер является комплектным устройством, которое приходит с завода заправленным фреоном и маслом, поэтому вероятность утечки не очень велика.

Недостатки водяных систем

Конечно же, ничего нельзя получить бесплатно. Даже если не упоминать такой недостаток водяной системы, как значительные капитальные затраты на первоначальном этапе (увы, стоимость оборудования и монтажных работ могут превышать аналогичные показатели для фреоновых систем в два и более раза), есть и другие проблемы. О которых конечно, нельзя не упомянуть.

Наличие воды в машинном зале ЦОД

На самом деле – вода в том или ином количестве присутствует в любом ЦОДе. Это и дренаж конденсата из кондиционеров, и отопление в смежных помещениях, есть также риск протечки крыши или водопровода, и т. д. Но в системе кондиционирования вода находится под давлением, которое хоть и невелико (обычно 2-3 атмосферы), но все-таки увеличивает риск протечки и ускоряет вытекание воды через поврежденный трубопровод. В ЦОДе с водяным кондиционированием обязательно нужно предусматривать дренаж воды из-под фальшпола и принимать усиленные меры по гидроизоляции перекрытий и даже стен.

Проблемы с работой на малой нагрузке

Чиллер является фреоновой холодильной машиной, и он, к сожалению, не избавлен от такого недостатка, как неспособность работать со слишком низкой нагрузкой. А поскольку чиллеры обычно довольно мощные – величина минимально допустимой тепловой нагрузки может быть весьма значительной. Поэтому новый ЦОД придется сразу нагружать хотя бы на 30% от мощности единичного чиллера… или запускать в работу осенью: в режиме фрикулинга проблем с минимальной мощностью нет.

Место для установки чиллеров

Обратной стороной малого числа чиллеров и их высокой мощности являются размер и вес. Фреоновый компрессор и вся его обвязка находятся не в кондиционере, а в чиллере, теплообменник для фрикулинга тоже частенько интегрирован в общий конструктив, в итоге даже 50-киловаттный агрегат весит почти полторы тонны. На стену такой агрегат не повесить – нужна площадка на земле либо на крыше. На условный 100-киловаттный ЦОД таких чиллеров нужно три (третий – резервный), в итоге площадка будет размером как автостоянка на три машины и нагружена она будет тоже «на три машины» - почти на пять тонн.

Расширение ассортимента эксплуатируемого оборудования

Ну и, конечно, гидравлика. Насосы, теплообменники, запорная арматура – все это приведет к тому, что в штате ЦОД кроме электрика, дизелиста, и холодильщика придется завести еще и сантеника-гидравлика. Кстати, все трубы придется делать сразу, и на полную мощность, каким бы ни был первый пусковой комплекс.

Как выбирать

Что же в итоге выбрать, «воду» или «фреон»? Поскольку это инженерная задача, ее следует решать, учитывая все параметры строящегося объекта. Вот экспертное мнение: для каждого из реальных случаев существует оптимальное решение, и нет единого рецепта для всех, поэтому выбору архитектуры системы охлаждения необходимо уделять особое внимание, проводя вариантную проработку с обязательным привлечением специалистов. Предварительную оценку «за» и «против» можно сделать при помощи таблицы, приведенной в таблице.

Чеклист для определения вектора выбора технологии

Условия	Ответ
Расчетная энергетическая плотность ниже чем 10 кВт на каждый ИТ-шкаф.	Да / нет
Количество ИТ-шкафов в серверной или ЦОДе не превышает 10 шт.	Да / нет
На расстоянии не более 25 м (по трассе) и на уровне ЦОДа (серверной), есть место для размещения внешних блоков (конденсаторов) кондиционеров.	Да / нет
Нет режима жесткой экономии электроэнергии.	Да / нет
В помещении машинного зала отсутствует возможность монтажа фальшпола.	Да / нет
Тепловая нагрузка в первые месяцы эксплуатации ЦОД будет менее 10% от полной мощности.	Да / нет
Существуют проблемы с правильной эксплуатацией систем отопления и водоснабжения.	Да / нет
Легче купить мощный ИБП, чем усложнять систему охлаждения?	Да / нет
Фрагментарное отключение системы кондиционирования не повлияет на работу основных систем ЦОД.	Да / нет
Нет четкого понимания, какими темпами будет развиваться ЦОД и как долго он будет эксплуатироваться до первого расширения?	Да / нет
Стоит задача уменьшения капиталовложений именно на первом этапе?	Да / нет

Если ответов «да» получилось значительно больше, чем «нет», то вашему ЦОД вполне подойдет фреоновая система. Если ответов «нет» получилось больше, чем «да», рекомендуем присмотреться к водяной системе. Однако точный рецепт все-таки подскажет специалист, когда увидит ваш ЦОД «вживую», его помощью ни в коем случае пренебрегать не стоит.

Олег Сорокин,
эксперт по направлению ЦОД компании ICL-КПО ВС

Да-да, дорогой читатель, можешь не сомневаться, что если ты хоть раз в жизни осмелился преодолеть означенный производителем частотный рубеж и, самое главное, получил от этого удовольствие, то ты – один из нас (демонический хохот)! До глубокой старости ты не оставишь попыток разогнать все, что движется, пока в конечном итоге не разгонишь сам себя до второй космической скорости и не покинешь пределов Солнечной системы, дабы воссиять яркой звездою на небосклоне и дарить свет новым поколениям оверклокеров…

Нет, я не надышался продуктами разложения хладагентов, просто фантазия разыгралась. Ведь подобно тому как культуристы не прекращают «качаться» до тех пор, пока их туловище не перестанет помещаться между блинами штанги, а дамы, отважившиеся на первую операцию по увеличению груди, не успокаиваются, пока не лишат себя возможности спать иначе как на спине, и оверклокеры стремятся добиться все больших и больших успехов на своем поприще, не останавливаясь ни перед чем.
Сперва начинающий «разгонялкин» принимает историческое решение сменить шумный и малоэффективный штатный кулер на тихую и производительную «медную башню», покупает новый охладительный девайс и выжимает из своего железа некоторое количество халявных мегагерц.

Потом берет паяльник, делает вольтмод, разгоняет систему еще больше и понимает, что ему уже никак не обойтись без водянки… В конечном счете дело доходит и до экстремальных систем охлаждения. При этих словах вам на ум наверняка приходят укутанные в теплоизоляцию медные «стаканы» с сухим льдом или жидким азотом, с помощью которых устанавливаются мировые рекорды разгона. Однако многие забывают, что существует еще такой удобный и эффективный способ нетрадиционного охлаждения компьютера, как использование СО на основе фазового перехода, иначе известных как «фреонки».

На первый взгляд, фреоновое охлаждение по степени «экстремальности» соотносится с жидкоазотным примерно как спуск с горки в аквапарке – со сплавом на байдарках по бурной реке. Однако сложность и эффективность системы охлаждения связаны с ее внешней крутизной отнюдь не в пропорции 1:1. Ведь если отбросить все внешние спецэффекты от охлаждения жидким азотом или сухим льдом и исключить из рассмотрения вспомогательные устройства, что останется в итоге? Несложной конструкции металлическая емкость, в которой плещется очень холодная жидкость, – только и всего.

В то же время фреонка – вполне себе сложный и наукоемкий агрегат, который нельзя создать без серьезной подготовки. К тому же для его постройки нужно располагать куда большим набором специального оборудования и умений работы с последним, нежели требуется для одарения процессора или видеокарты «азотной» прохладой. Фактически, как бы парадоксально это ни звучало, самостоятельно перейти на азотное охлаждение проще, чем на фреоновое.

Но что же такого может предложить нам система охлаждения на основе фазового перехода (phase-change), чего неспособен дать жидкий азот или сухой лед? Конечно же, это не низкая температура: лучшие одноконтурные фреонки «домашнего приготовления» при работе под нагрузкой позволяют получить -40…-60 °C на испарителе, в то время как днище простого медного «стакана» спокойно может иметь температуру лишь на 3-5° выше, чем у налитого туда криопродукта.

Главный козырь фреоновых систем охлаждения – продолжительность работы. Если стакан охлаждает чип лишь до тех пор, пока последняя капля азота либо мельчайший остаток сухого льда не обратится в газ, то фреонка будет «морозить» кристалл, покуда на контактах розетки есть напряжение. А электроэнергия явно относится к числу более распространенных ресурсов, нежели замороженная углекислота или жидкий N2. Посему системы типа phase-change пригодны и для выполнения долгих бенчинг-сессий, и даже для работы в основном компьютере владельца в режиме 24/7 (так как путем определенных ухищрений их можно сделать очень тихими).

К тому же изготовление фреоновой системы охлаждения не должно влететь вам в очень уж увесистую копеечку: за 10 000-15 000 руб. можно собрать весьма производительную и добротную одноконтурную парокомпрессионную СО или даже целых две «бюджетные». Энтузиасты разрабатывали и с успехом воплощали проекты 200- и даже 100-долларовых фреонок, используя бывшие в употреблении холодильные агрегаты, причем в заявленную стоимость частично было включено и необходимое для работы оборудование (!).

Поскольку на выходе компрессора может быть и 15, и 20, а иногда и все 30 атмосфер, недостаточно прочный радиатор, использованный во фреонке, способен банально рвануть.

Честно говоря, пик увлечения фреонками в нашей стране пришелся на 2004-2005 годы. В это время писались статьи, ставшие ныне классическими, опробовались новые интересные конструкции, высказывались полные оптимизма предположения о том, что всего спустя пару лет «фреон» станет не менее распространенным, чем «вода»… Увы, сбыться этим предсказаниям было не суждено – даже жидкостные СО и поныне остаются большой редкостью, не говоря уже о системах на основе фазового перехода. Тем не менее изобилие достоинств, коими последние обладают, не позволяет мне о них не рассказать. Первая часть цикла будет посвящена теории и поможет вам войти в курс дела. Итак, поехали.

Back to school
Как показывает опыт общения со множеством пользователей самых разнообразных уровней продвинутости, даже «вращающиеся» в технической сфере люди, если их деятельность напрямую не связана с холодильными установками, очень слабо представляют себе, как работает система фазового перехода. В школе все из них, конечно же, знакомились с основами термодинамики, однако мало кому приходило в голову соотнести формулы и графики из учебника с принципом работы хотя бы самого обычного холодильника, стоящего у них в квартире. Поэтому, как это обычно и бывает, знания остались чисто абстрактными и постепенно выветрились из памяти.

А посему я предлагаю начать с самых азов. Что мы вообще подразумеваем под охлаждением? Понижение температуры тела. При этом, как известно, температура является одной из косвенных характеризующих энергии, которая (энергия) не появляется из ниоткуда и не исчезает бесследно, а лишь переходит из одной формы в другую. Соответственно, уменьшение температуры одного тела при неизменных остальных параметрах должно неизбежно выливаться в увеличение энергии (акцентирую внимание на этом слове – именно энергии, не обязательно температуры) другого тела, системы тел или же среды.

В наиболее тривиальном случае этим увеличением энергии является нагрев. То есть, выражаясь простым языком, осуществляется перенос тепла из одного места в другое. Согласно наиболее доходчивой формулировке второго начала термодинамики, теплота не может перейти от менее нагретого тела к более нагретому без каких-либо других изменений в системе. Именно поэтому, кстати, при помощи обычного воздушного кулера нельзя охладить чип до температуры ниже комнатной, а при помощи водяной СО – ниже температуры циркулирующей жидкости (о чем порой забывают некоторые «кулхацкеры» с особо богатой фантазией).

Две вышеупомянутые системы охлаждения служат для рассеивания тепла, выделяемого кристаллами, либо внутри корпуса компьютера (кулеры), либо за его пределами (если стоит водянка). Существуют и такие, в которых «лишнее» тепло идет не на повышение температуры среды, а на кипячение жидкости либо плавление твердых тел (а эти процессы требуют больших затрат энергии, чем просто нагрев). Примерами подобных «холодильников» могут служить уже знакомые вам стаканы-испарители для жидкого азота или сухого льда. При этом основной их недостаток – невозобновляемость процесса – уже был описан выше.

Но должна же существовать какая-то возможность производить циклический процесс испарения-конденсации в замкнутом объеме! При этом, конечно же, хотелось бы добиться перехода из одного агрегатного состояния в другое при низких температурах, например -20…-50 °C. Точками кипения примерно в этом диапазоне обладают газы-хладагенты, именуемые фреонами. Однако чтобы наблюдать испарение жидкости, сопровождающееся отбором тепла от интересующего объекта, при столь низких температурах, надо сначала эту самую жидкость получить – а как это можно сделать, если охлаждать ее нечем (она сама должна служить для охлаждения)?

Снова возвращаемся к школьной программе по физике и вспоминаем, что «пограничные» температуры веществ (плавления, испарения) прямо пропорциональны давлению. При повышенном давлении жидкость может не превращаться в газ даже при температурах, заметно превышающих оную ее точки кипения при 1 атм, тогда как при разрежении, наоборот, она закипает раньше. Для большей ясности можете вспомнить про одноразовую зажигалку, в которой спокойно плещется сжиженный газ комнатной температуры, и про тот интересный факт, что высоко в горах (где как раз-таки ниже давление) вода может закипать уже при 80 °С. Таким образом, манипулируя давлением, мы можем «двигать» точку испарения / конденсации хладагента туда, куда нам нужно. В случае с искомой системой охлаждения – вверх, то есть к диапазону плюсовых температур по шкале Цельсия.

Подробных физических выкладок я не привожу намеренно, потому что прекрасно понимаю, что большинство читателей лишь пробегутся по ним глазами, а те немногие, кто обладает глубокими познаниями в области термодинамики, и так прекрасно с ними знакомы.

Холодильник наизнанку
Думаю, этого краткого введения вполне достаточно, чтобы перейти к принципам функционирования «классической» фреонки. Данное устройство состоит из компрессора, конденсатора, фильтра, капиллярной трубки, испарителя и отсасывающего шланга, соединенных между собой герметично при помощи медных трубок. Фреон проходит через эти узлы именно в том порядке, в каком они перечислены, и при этом с ним происходят любопытнейшие изменения. Итак, вначале, пока фреонка выключена, во всем ее внутреннем пространстве хладагент существует в виде газа под сравнительно невысоким давлением (3-8 атмосфер).

Как только компрессор включается в сеть, он начинает нагнетать газ в сторону конденсатора, резко увеличивая давление (а заодно нагревая, но это уже побочный эффект). В конденсаторе (представляющем собой, как правило, большой радиатор, через который «змейкой» проходит трубка) находящийся под давлением фреон, охлаждаясь, постепенно начинает конденсироваться (переходить в жидкое состояние). Поскольку газ, как известно, обладает большей энергией, чем жидкость, при его сжижении нужно рассеивать значительное количество тепла, для чего конденсатор снабжают большой поверхностью теплосъема и ставят на его обдув мощный вентилятор. В обычных холодильниках обходятся лишь большим плоским радиатором из трубок, благо габариты позволяют.

Фреонку обычно собирают так, что точка входа трубки, идущей из компрессора в конденсатор, находится наверху, а выход – внизу. Таким образом, жидкость под действием силы тяжести стекает к нижней части конденсатора, что обеспечивает наименьшее количество пузырей несконденсировавшегося газа. Затем трубка, выйдя в нижней части конденсатора, вновь взмывает резко вверх (уточню, что мы говорим о фреонке, установленной горизонтально), чтобы затем войти в фильтр. Это, как правило, металлический (обычно медный) цилиндр диаметром 15-50 мм и длиной 8-20 см, внутри которого с одной стороны находится решетка, служащая для задержания мелкого мусора, попавшего внутрь системы или образовавшегося в ней при ее сборке и заправке, а с другой – тончайшая сетка.

Пространство между ними заполнено гранулами поглощающего воду материала (например, силикагеля или цеолита). Поэтому данный узел правильнее называть не просто фильтром, а фильтром-осушителем. Жидкий фреон с небольшими примесями газообразного поступает в верхнюю часть расположенного под углом фильтра, чтобы, опять же, за счет силы тяжести внизу образовался слой исключительно жидкости. Из фильтра она поступает в длинную и тонкую капиллярную трубку, по которой, постепенно замедляя свой ход (за счет трения о стенки), движется к испарителю.

Важно подобрать длину и диаметр трубки так, чтобы давление упало до величины, недостаточной для «удерживания» фреона в жидком состоянии, уже после подхода к испарителю, а дозировка была не меньше и не больше необходимой. Сам испаритель чем-то напоминает водоблок – в нем тоже присутствуют элементы, способствующие лучшему теплообмену. Только, как правило, в испарителях для фреонок есть несколько так называемых «этажей», которые кипящий хладагент омывает последовательно, чтобы в наиболее полной мере отобрать у них (а значит, и у охлаждаемого объекта) тепло для парообразования.

Затем фреон, уже почти полностью превратившись в газ, должен поступить назад в компрессор для повторения цикла. Для возврата хладагента из испарителя служит отсасывающая трубка. Она должна обладать достаточной гибкостью и длиной (чтобы было легко устанавливать испаритель), а также ни в коем случае не пропускать газ – иначе систему придется часто дозаправлять, а это и неудобно, и накладно. Иногда отсасывающую трубку оснащают так называемым докипателем, который ориентирован противоположно фильтру: газ с остатками жидкости подается в него снизу, а компрессор сверху «засасывает» уже исключительно испаренный фреон. Попадание внутрь жидкого хладагента может вывести компрессор из строя из-за так называемого гидростатического удара.

Таким образом, в схеме фреонки можно выделить две линии – высокого и низкого давления. Первая начинается на выходе компрессора и оканчивается на подходе к испарителю, а вторая состоит из отсасывающей трубки и докипателя. Соответственно, граничными узлами являются компрессор и капиллярная трубка.
Вы можете спросить, почему я назвал этот фрагмент текста «Холодильник наизнанку». Отвечаю: в тех СО на основе фазового перехода, что стоят у каждого из нас в квартирах, роль испарителя играют стенки морозильных камер, расположенные вокруг остужаемых объектов, тогда как фреонка, наоборот, охлаждает компьютер исключительно локально и, в каком-то смысле, «изнутри».

Итак, мы в общих чертах изучили устройство некой среднестатистической фреонки. Однако изобилие различных типов компонентов позволяет создавать огромное количество модификаций, которые могут значительно отличаться друг от друга даже по ключевым параметрам. Сейчас я предлагаю рассмотреть наиболее распространенные виды составных частей фреонки и понять, какими преимуществами и недостатками обладает каждый из них.

Компрессор
Современная промышленность выпускает сотни различных моделей компрессоров, отличающихся принципом работы, температурным диапазоном, холодильной мощностью, типом приведения в действие и множеством других ТТХ. Чаще всего встречаются поршневые, винтовые, центробежные и спиральные компрессоры, из которых большая часть может быть герметичными или полугерметичными. В быту обычно используются герметичные поршневые электрические компрессоры, рассчитанные на однофазное напряжение 220 В. Нагнетатели иных типов либо применяются только для промышленных нужд (и обладают огромными потребляемыми мощностями), либо непригодны для использования дома из-за высокого уровня шума.

Основные потребительские характеристики компрессора – хладопроизводительность, марка необходимого фреона, тип используемого масла, способ крепления трубок и вышеупомянутая «громкость». Во многих случаях важными оказываются габариты и вес устройства – например, тогда, когда фреонку необходимо установить в корпусе компьютера или в ином ограниченном объеме.

Итак, пойдем по пунктам. Холодильная мощность компрессора, в отличие от мощности потребляемой, одной цифрой не описывается, потому как она зависит от температуры охлаждаемого объекта. К примеру, компрессор, рассчитанный на отвод 300 Вт тепла при -25 °C, при +5 градусах будет иметь хладопроизводительность порядка 1100 Вт, при -5 – 720 Вт, при -15 – 470 Вт, а при -45 – всего 190 Вт. Противоречий с физикой здесь нет, поскольку мы не говорим о «превращении» одних ватт в другие, а лишь указываем, нагрузку какой мощности компрессор будет способен «держать» при заданной температуре. Обычно каждый компрессор снабжается табличкой, в которой указана его холодильная мощность при 4-6 температурах и нескольких типах (если для него это допустимо) используемого хладагента.
Вот мы плавно подошли и ко второму вопросу. Фреоны различных марок заметно отличаются по температурам кипения, эффективности и, конечно же, стоимости. Наиболее распространенным является газ R-22 с температурой кипения -41° при атмосферном давлении.

Во второй части статьи я расскажу о том, исходя из каких критериев нужно подбирать компоненты системы, что такое каскады и автокаскады и чем плохи фреонки со множеством испарителей…

При этом марка используемого фреона всегда жестко связана с типом масла, которое применяется в компрессоре для снижения трения. Масла разделяются на синтетические и минеральные, и подбирать газ нужно так, чтобы он не вступал со смазкой в химическую реакцию – иначе компрессор выйдет из строя. Наиболее инертным и, соответственно, универсальным является синтетическое масло. Также совместимость должна выражаться в том, чтобы масло ни в коем случае не замерзало при температуре кипения фреона. Ведь когда я ранее описывал движение хладагента по системе, я опускал тот немаловажный факт, что вместе с газом по фреонке всегда течет и масло. Детали компрессора буквально «купаются» в нем, иначе его работа была бы невозможна. Ну а если масло замерзнет, то мы столкнемся просто-напросто с закупоркой трубок и, как следствие, падением эффективности системы практически до нуля до того момента, как смазка растает. А при особом невезении можно получить и трещины.

По способу подсоединения к системе разделяют компрессоры, рассчитанные на пайку или на использование штуцеров (резьбовых соединительных элементов). Вторые могут быть удобнее в монтаже, но для установки штуцеров нужно уметь хорошо развальцовывать трубы (увеличивать их диаметр за счет пластичности меди) и обладать необходимым инструментом, так что чаще прибегают к простому спаиванию трубок.

Конденсатор
Иногда этот узел не совсем верно называют конденсором (очевидно, чтобы не путать с электронным компонентом). Конструктивно он прост, а внешне в общем-то мало отличается от радиатора водянки (разве что размерами) или автопечки. Однако есть у него одно отличие, незаметное глазу, – куда большая стойкость к высоким давлениям. Поскольку на выходе компрессора может быть и 15, и 20, а иногда и все 30 атмосфер, недостаточно прочный радиатор, использованный во фреонке, способен банально рвануть.

Фильтр
Необходимость данного узла, думаю, особых сомнений не вызывает. Внутри фреонки помимо хладагента неизбежно присутствует мелкий мусор (в первую очередь окалина, возникшая при пайке), поэтому, дабы узкое отверстие капиллярной трубки не забилось, необходимо, чтобы все это осталось на решетках фильтра. Также важно правильно ориентировать фильтр: в нем всегда есть вход и выход. Нужно, чтобы фреоно-масляно-водно-грязевая смесь последовательно проходила через решетки большого размера, осушитель и мелкие сетки, но никак не наоборот, иначе фильтр забьется. Для хорошего осушения стоит выбирать фильтр внутренним объемом не менее 15 см3, ибо вода для системы в сотню раз опаснее, чем масло, – просто потому, что замерзает уже при температурах в районе 0 °С.

Капиллярная трубка
Вообще говоря, такое название данного узла системы неверно. Ошибка выходит того же плана, что и при назывании копировального аппарата «ксероксом». А все дело в том, что использование медной трубки малого диаметра – лишь один из способов дозированной подачи жидкого фреона в испаритель. Как я уже кратко упоминал выше, трубка замедляет ход жидкости за счет огромного гидравлического сопротивления стенок (обратно пропорционального, вообще говоря, квадрату внутреннего диаметра и прямо пропорционального длине). Нужно грамотно подбирать трубку и длину необходимого участка – иначе можно столкнуться либо с недостатком жидкого фреона в испарителе и, как следствие, низкой эффективностью, либо, наоборот, с его избытком и риском попадания в компрессор. И опять же, низкой эффективностью по причине того, что значительная часть фреона будет кипеть в отсасывающей трубке.

Вместо капилляра можно использовать вентиль, дроссель, ТРВ или же автомобильный инжектор. Вторым по популярности после трубки является ТРВ – терморегулирующий вентиль, степень открытия которого зависит от температуры на интересующем объекте (испарителе, как правило). Благодаря этому элементу можно поддерживать относительно стабильную температуру на узле. Правда, есть и существенные недостатки: качественные ТРВ дороги, а доступные нередко реагируют с большим запаздыванием, лишний раз «раскачивая» систему, вместо того чтобы стабилизировать ее. Обычные же вентили или дроссели плохи тем, что могут травить фреон. Так что трубка является простым, негибким, но одновременно крайне надежным и испытанным временем решением.

Испаритель
Единственный узел фреонки, который нельзя приобрести в обычном магазине, торгующем холодильным оборудованием. Его необходимо изготовить самостоятельно или купить у других энтузиастов. Конструкции испарителей столь же различны, сколь конструкции водоблоков, но схема многоэтажного лабиринта пользуется наибольшей популярностью. Как правило, на станке вытачиваются отдельные уровни «башни», которые затем соединяются воедино пайкой. В каждом слое есть отверстие для капиллярной трубки – она должна доставлять фреон к самому нижнему уровню, который расположен ближе всего к охлаждаемому объекту. Необходимо, чтобы кипящий фреон двигался по каналам испарителя достаточно продолжительное время, дабы в наиболее полной мере «отобрать» тепло у процессора или ядра видеокарты.

Отсасывающая трубка
Как правило, в качестве оной используют металлические гофрированные шланги для подключения газовых плит – они достаточно гибки и надежны, чтобы можно было без проблем устанавливать испаритель на процессор или видео, и не травят газ. Правда, работать на скручивание такие изделия отказываются наотрез. Реже, когда не нужно регулярно демонтировать испаритель, применяют медные трубки, и уж совсем в единичных случаях используют резиновые заправочные шланги, которые, хоть и удобны гибкостью и простотой монтажа, неизбежно вызывают потери фреона. Нередко внутри отсасывающей трубки скрываются не только пары хладагента, но и капилляр, идущий в испаритель. Это предохраняет его от повреждений, а также дополнительно охлаждает текущий по нему фреон, что позволяет выиграть 1-2°. «Точки проникновения» малой трубки в большую, как правило, расположены в местах подсоединения шланга к испарителю и ко входу компрессора.

Корпус
Данный компонент фреонки не относится к числу обязательных, однако, не поленившись его изготовить, вы сэкономите немало времени и нервов, а работа с прибором будет приносить больше удовольствия. Часто для этой цели используются старые «толстенькие» системные блоки, в которые можно без матюков и с применением минимума слесарного инструмента установить фреонку. Отверстие для отсасывающей трубки, как правило, вырезается либо в крышке, либо в боковой стенке корпуса, а провода заводятся сзади.

Некоторые умельцы выносят фреонку в отдельный отсек большого серверного корпуса, чтобы получить в конечном итоге нечто, весьма похожее на готовые заводские решения. Также зачастую монтажную пластину, на которой покоится агрегат, наращивают до каркаса при помощи несложных конструкций из металлического профиля, чтобы обезопасить драгоценный прибор от ударов и искривлений, а заодно повысить удобство переноски. При создании корпуса в виде глухой коробки было бы крайне полезным оклеить его изнутри звуко- и виброизолирующим материалом, дабы снизить уровень шума, производимого фреонкой. Важно лишь не забывать о надлежащей степени охлаждения компрессора.

Теплоизоляция
Дабы испаритель и отсасывающая трубка не покрывались слоем снега и льда, их «укутывают» специальным материалом, минимизирующим теплообмен. Также необходимо тщательно затеплоизолировать пространство вокруг охлаждаемого объекта, чтобы, опять-таки, избавиться от конденсата, а заодно не переохладить те элементы, которым низкие температуры совершенно ни к чему (электролитические конденсаторы, например). На этом, пожалуй, будем закругляться. В следующей части статьи я расскажу о том, исходя из каких критериев нужно подбирать компоненты системы, что такое каскады и автокаскады, чем плохи фреонки со множеством испарителей и о других весьма и весьма интересных вещах.

Уж сколько раз твердили миру…
Наверное, нет на свете оверклокера, которому бы не приходила в голову идея собрать компьютер в холодильнике, дабы покорить новые вершины разгона. Однако все из них, кто решил перед этим обратиться за советом к более опытным товарищам, получали один и тот же ответ: «Брось эту затею». Итак, давайте разберемся почему.
Представим себе обычную морозильную камеру среднестатистического холодильника: температура около -10°, достаточно места почти для любого компа без корпуса – вроде бы идиллия. Но, как говорится, «было гладко на бумаге, да забыли про овраги». Первый же вопрос – размещение кабелей. Через приоткрытую дверцу? Уже спустя пару часов огромная «шуба» поглотит большую часть внутреннего пространства, а температура вырастет.

Сверлить боковые стенки? Все равно пойдет ненужный влажный воздух, да еще и можно повредить фреоновые трубки. Ну и, наконец, главная проблема – выпадение конденсата. Все почему-то забывают, что продукты, лежащие в холодильнике, так чудесно замораживаются только потому, что сами не выделяют тепла. Вся холодильная мощность компрессора идет на однократное охлаждение «ништяков» и последующее поддержание температуры. А современный комп просто-напросто нагреет морозилку до плюсовой температуры, все «потечет», и, как следствие, нам обеспечены короткое замыкание и гибель железа. Одновременно – и неплохой урок тому, кто «гонялся за дешевизной»

Вот, кстати говоря, что мне удалось обнаружить на bash.org.ru:

«xxx: знал я одного чувака, он в 98 году купил пень на 350мгц, налил в ванну глицерина, разобрал холодильник, вынул катушки, сунул в ванну, охладил глицерин почти до нуля, положил в него комп и разогнал до 1.3ггц.
yyy: А где же он мылся тогда?
xxx: после всего что я написал ты еще думаешь что он мылся?!»

Увы, хоть данная цитата и довольно забавна, вся она – «ложь, обман и жульничество». Ванну, т. е. примерно 200 л, глицерина не так-то просто добыть, а он сам по себе обладает довольно посредственной теплопроводностью, да еще и замерзает уже при +18°. В холодильнике нет никаких катушек, которые можно было бы вытащить и использовать для охлаждения. Ну и, наконец, ни один Pentium II даже под жидким азотом никому не удавалось разогнать выше 675 МГц.

Часто для построения большого радиатора используют тепловые трубки (англ.: heat pipe ) — герметично запаянные и специальным образом устроенные металлические трубки (обычно медные). Они очень эффективно переносят тепло от одного своего конца к другому: таким образом, даже самые дальние рёбра большого радиатора эффективно работают в охлаждении. Так, например, устроен популярный кулер

Для охлаждения современных производительных графических процессоров применяют те же методы: большие радиаторы, медные сердечники систем охлаждения или полностью медные радиаторы, тепловые трубки для переноса тепла к дополнительным радиаторам:

Рекомендации по выбору здесь такие же: использовать медленные и крупноразмерные вентиляторы, максимально большие радиаторы. Так, например, выглядят популярные системы охлаждения видеокарт и Zalman VF900 :

Обычно вентиляторы систем охлаждения видеокарт лишь перемешивали воздух внутри системного блока, что не очень эффективно, с точки зрения охлаждения всего компьютера. Лишь совсем недавно для охлаждения видеокарт стали применять системы охлаждения, которые выносят горячий воздух за пределы корпуса: первыми стали и, схожая конструкция, от бренда :

Подобные системы охлаждения устанавливаются на самые мощные современные видеокарты (nVidia GeForce 8800, ATI x1800XT и старше). Такая конструкция зачастую более оправдана, с точки зрения правильной организации воздушных потоков внутри корпуса компьютера, чем традиционные схемы. Организация воздушных потоков

Современные стандарты по конструированию корпусов компьютеров среди прочего регламентируют и способ построения системы охлаждения. Начиная ещё с , выпуск которых был начат в 1997 году, внедряется технология охлаждения компьютера сквозным воздушным потоком, направленным от передней стенки корпуса к задней (дополнительно воздух для охлаждения всасывается через левую стенку):

Интересующихся подробностями отсылаю к последним версиям стандарта ATX.

Как минимум один вентилятор установлен в блоке питания компьютера (многие современные модели имеют два вентилятора, что позволяет существенно снизить скорость вращения каждого из них, а, значит, и шум при работе). В любом месте внутри корпуса компьютера можно устанавливать дополнительные вентиляторы для усиления потоков воздуха. Обязательно нужно следовать правилу: на передней и левой боковой стенке воздух нагнетается внутрь корпуса, на задней стенке горячий воздух выбрасывается наружу . Также нужно проконтролировать, чтобы поток горячего воздуха от задней стенки компьютера не попадал напрямик в воздухозабор на левой стенке компьютера (такое случается при определённых положениях системного блока относительно стен комнаты и мебели). Какие вентиляторы устанавливать, зависит в первую очередь от наличия соответствующих креплений в стенках корпуса. Шум вентилятора главным образом определяется скоростью его вращения (см. раздел ), поэтому рекомендуется использовать медленные (тихие) модели вентиляторов. При равных установочных размерах и скорости вращения, вентиляторы на задней стенке корпуса субъективно шумят несколько меньше передних: во-первых, они находятся дальше от пользователя, во-вторых, сзади корпуса расположены почти прозрачные решётки, в то время как спереди - различные декоративные элементы. Часто шум создаётся вследствие огибания элементов передней панели воздушным потоком: если переносимый объём воздушного потока превышает некий предел, на передней панели корпуса компьютера образуются вихревые турбулентные потоки, которые создают характерный шум (он напоминает шипение пылесоса, но гораздо тише).

Выбор компьютерного корпуса

Практически подавляющее большинство корпусов для компьютеров, представленных сегодня на рынке, соответствуют одной из версий стандарта ATX, в том числе и по части охлаждения. Самые дешёвые корпуса не комплектуются ни блоком питания, ни дополнительными приспособлениями. Более дорогие корпуса оснащаются вентиляторами для охлаждения корпуса, реже - переходниками для подключения вентиляторов различными способами; иногда даже специальным контроллером, оснащённым термодатчиками, который позволяет плавно регулировать скорость вращения одного или нескольких вентиляторов в зависимости от температуры основных узлов (см. напр. ). Блок питания включается в комплект не всегда: многие покупатели предпочитают выбирать БП самостоятельно. Из прочих вариантов дополнительного оснащения стоит отметить специальные крепления боковых стенок, жёстких дисков, оптических приводов, карт расширения, которые позволяют собирать компьютер без отвёртки; пылевые фильтры, препятствующие попаданию грязи внутрь компьютера через вентиляционные отверстия; различные патрубки для направления воздушных потоков внутри корпуса. Исследуем вентилятор

Для переноса воздуха в системах охлаждения используют вентиляторы (англ.: fan ).

Устройство вентилятора

Вентилятор состоит из корпуса (обычно в виде рамки), электродвигателя и крыльчатки, закреплённой при помощи подшипников на одной оси с двигателем:

От типа установленных подшипников зависит надёжность вентилятора. Производители заявляют такое типичное время наработки на отказ (количество лет получено из расчёта круглосуточной работы):

С учётом морального старения компьютерной техники (для домашнего и офисного применения это 2-3 года), вентиляторы с шарикоподшипниками можно считать «вечными»: срок их работы не меньше типового срока работы компьютера. Для более серьёзных применений, где компьютер должен работать круглосуточно много лет, стоит подобрать более надёжные вентиляторы.

Многие сталкивались со старыми вентиляторами, в которых подшипники скольжения выработали свой ресурс: вал крыльчатки дребезжит и вибрирует при работе, издавая характерный рычащий звук. В принципе, такой подшипник можно отремонтировать, смазав его твёрдой смазкой, - но многие ли согласятся ремонтировать вентилятор, цена которому всего пара долларов?

Характеристики вентиляторов

Вентиляторы различаются по своему размеру и толщине: обычно в компьютерах встречаются типоразмеры 40×40×10 мм, для охлаждения видеокарт и карманов для жёстких дисков, а также 80×80×25, 92×92×25, 120×120×25 мм для охлаждения корпуса. Также вентиляторы различаются типом и конструкцией устанавливаемых электродвигателей: они потребляют различный ток и обеспечивают разную скорость вращения крыльчатки. От размеров вентилятора и скорости вращения лопастей крыльчатки зависит производительность: создаваемое статическое давление и максимальный объём переносимого воздуха.

Объём переносимого вентилятором воздуха (расход) измеряется в кубометрах в минуту или кубических футах в минуту (CFM, cubic feet per minute). Производительность вентилятора, указанная в характеристиках, измеряется при нулевом давлении: вентилятор работает в открытом пространстве. Внутри корпуса компьютера вентилятор дует в системный блок определенного размера, потому он создаёт в обслуживаемом объёме избыточное давление. Естественно, что объёмная производительность будет приблизительно обратно пропорциональна создаваемому давлению. Конкретный вид расходной характеристики зависит от формы использованной крыльчатки и других параметров конкретной модели. Например, соответствующий график для вентилятора :

Из этого следует простой вывод: чем интенсивнее работают вентиляторы в задней части корпуса компьютера, тем больше воздуха можно будет прокачать через всю систему, и тем эффективнее будет охлаждение.

Уровень шума вентиляторов

Уровень шума, создаваемый вентилятором при работе, зависит от различных его характеристик (подробнее о причинах его возникновения можно прочесть в статье ). Несложно установить зависимость между производительностью и шумом вентилятора. На сайте крупного производителя популярных систем охлаждения , в мы видим: многие вентиляторы одного и того же размера комплектуются разными электродвигателями, которые рассчитаны на различную скорость вращения. Поскольку крыльчатка используется одна и та же, получаем интересующие нас данные: характеристики одного и того же вентилятора при разных скоростях вращения. Составляем таблицу для трёх самых распространённых типоразмеров: толщина 25 мм, и .

Жирным шрифтом выделены самые популярные типы вентиляторов.

Посчитав коэффициент пропорциональности потока воздуха и уровня шума к оборотам, видим почти полное совпадение. Для очистки совести считаем отклонения от среднего: меньше 5%. Таким образом, мы получили три линейные зависимости, по 5 точек каждая. Не Бог весть, какая статистика, но для линейной зависимости этого достаточно: гипотезу считаем подтверждённой.

Объёмная производительность вентилятора пропорциональна количеству оборотов крыльчатки, то же самое справедливо и для уровня шума .

Используя полученную гипотезу, мы можем экстраполировать полученные результаты методом наименьших квадратов (МНК): в таблице эти значения выделены наклонным шрифтом. Нужно, однако, помнить: область применения этой модели ограничена. Исследованная зависимость линейна в некотором диапазоне скоростей вращения; логично предположить, что линейный характер зависимости сохранится и в некоторой окрестности этого диапазона; но при очень больших и очень малых оборотах картина может существенно измениться.

Теперь рассмотрим линейку вентиляторов другого производителя: , и . Составим аналогичную табличку:

Наклонным шрифтом выделены расчётные данные.
Как было сказано выше, при значениях скорости вращения вентилятора, существенно отличающихся от исследованных, линейная модель может быть неверна. Полученные экстраполяцией значения следует понимать как приблизительную оценку.

Обратим внимание на два обстоятельства. Во-первых, вентиляторы GlacialTech работают медленнее, во-вторых, - эффективнее. Очевидно, это результат использования крыльчатки с более сложной формой лопастей: даже при одинаковых оборотах, вентилятор GlacialTech переносит больше воздуха, чем Titan: см. графу прирост . А уровень шума при одинаковых оборотах примерно равен : пропорция соблюдается даже для вентиляторов разных производителей с различной формой крыльчатки.

Нужно понимать, что реальные шумовые характеристики вентилятора зависят от его технической конструкции, создаваемого давления, объёма прокачиваемого воздуха, от типа и формы преград на пути воздушных потоков; то есть, от типа корпуса компьютера. Поскольку корпуса используются самые разные, невозможно напрямую применять измеренные в идеальных условиях количественные характеристики вентиляторов — их можно только сравнивать между собой для разных моделей вентиляторов.

Ценовые категории вентиляторов

Рассмотрим фактор стоимости. Для примера возьмём в одном и том же интернет-магазине и : результаты вписаны в приведённых выше таблицах (рассматривались вентиляторы с двумя шарикоподшипниками). Как видно, вентиляторы этих двух производителей принадлежат к двум разным классам: GlacialTech работают на более низких оборотах, потому меньше шумят; при одинаковых оборотах они эффективнее Titan - но они всегда дороже на доллар-другой. Если нужно собрать наименее шумную систему охлаждения (например, для домашнего компьютера), придётся раскошелиться на более дорогие вентиляторы со сложной формой лопастей. При отсутствии таких строгих требований или при ограниченном бюджете (например, для офисного компьютера), вполне подойдут и более простые вентиляторы. Различный тип подвеса крыльчатки, используемый в вентиляторах (подробнее см. раздел ), также влияет на стоимость: вентилятор тем дороже, чем более сложные подшипники используются.

Ключом разъёма служат скошенные углы с одной из сторон. Провода подключены следующим образом: два центральных - «земля», общий контакт (чёрный провод); +5 В - красный, +12 В - жёлтый. Для питания вентилятора через молекс-разъём используются только два провода, обычно чёрный («земля») и красный (напряжение питания). Подключая их к разным контактам разъёма, можно получить различную скорость вращения вентилятора. Стандартное напряжение в 12 В запустит вентилятор со штатной скоростью, напряжение в 5-7 В обеспечивает примерно половинную скорость вращения. Предпочтительно использовать более высокое напряжение, так как не каждый электромотор в состоянии надёжно запускаться при чересчур низком напряжении питания.

Как показывает опыт, скорость вращения вентилятора при подключении к +5 В, +6 В и +7 В примерно одинакова (с точностью до 10%, что сравнимо с точностью измерений: скорость вращения постоянно изменяется и зависит от множества факторов, вроде температуры воздуха, малейшего сквозняка в комнате и т. п.)

Напоминаю, что производитель гарантирует стабильную работу своих устройств только при использовании стандартного напряжения питания . Но, как показывает практика, подавляющее большинство вентиляторов отлично запускаются и при пониженном напряжении.

Контакты зафиксированы в пластмассовой части разъёма при помощи пары отгибающихся металлических «усиков». Не составляет труда извлечь контакт, придавив выступающие части тонким шилом или маленькой отвёрткой. После этого «усики» нужно опять разогнуть в стороны, и вставить контакт в соответствующее гнездо пластмассовой части разъёма:

Иногда кулеры и вентиляторы оборудуются двумя разъёмами: подключёнными параллельно молекс- и трёх- (или четырёх-) контактным. В таком случае подключать питание нужно только через один из них :

В некоторых случаях используется не один молекс-разъём, а пара «мама-папа»: так можно подключить вентилятор к тому же проводу от блока питания, который запитывает жёсткий диск или оптический привод. Если вы переставляете контакты в разъёме, чтобы получить на вентиляторе нестандартное напряжение, обратите особое внимание на то, чтобы переставить контакты во втором разъёме в точности таком же порядке . Невыполнение этого требования чревато подачей неверного напряжения питания на жёсткий диск или оптический привод, что наверняка приведёт к их мгновенному выходу из строя.

В трёхконтактных разъёмах ключом для установки служит пара выступающих направляющих с одной стороны:

Ответная часть находится на контактной площадке, при подключении она входит между направляющими, также выполняя роль фиксатора. Соответствующие разъёмы для питания вентиляторов находятся на материнской плате (как правило, несколько штук в разных местах платы) или на плате специального контроллера, управляющего вентиляторами:

Помимо «земли» (чёрный провод) и +12 В (обычно красный, реже: жёлтый), есть ещё тахометрический контакт: он используется для контроля скорости вращения вентилятора (белый, синий, жёлтый или зелёный провод). Если вам не нужна возможность контроля над оборотами вентилятора, то этот контакт можно не подключать. Если питание вентилятора подведено отдельно (например, через молекс-разъём), допустимо при помощи трёхконтактного разъёма подключить только контакт контроля за оборотами и общий провод - такая схема часто используется для мониторинга скорости вращения вентилятора блока питания, который запитывается и управляется внутренними схемами БП.

Четырёхконтактные разъёмы появились сравнительно недавно на материнских платах с процессорными разъёмами LGA 775 и socket AM2. Отличаются они наличием дополнительного четвёртого контакта, при этом полностью механически и электрически совместимы с трёхконтактными разъёмами:

Два одинаковых вентилятора с трёхконтактными разъёмами можно подключить последовательно к одному разъёму питания. Таким образом, на каждый из электромоторов будет приходится по 6 В питающего напряжения, оба вентилятора будут вращаться с половинной скоростью. Для такого соединения удобно использовать разъёмы питания вентиляторов: контакты легко извлечь из пластмассового корпуса, придавив фиксирующий «язычок» отвёрткой. Схема подключения приведена на рисунке далее. Один из разъёмов подключается к материнской плате, как обычно: он будет обеспечивать питанием оба вентилятора. Во втором разъёме при помощи кусочка проволоки нужно закоротить два контакта, после чего заизолировать его скотчем или изолентой:

Настоятельно не рекомендуется соединять таким способом два разных электромотора : из-за неравенства электрических характеристик в различных режимах работы (запуск, разгон, стабильное вращение) один из вентиляторов может не запускаться вовсе (что чревато выходом электромотора из строя) или требовать для запуска чрезмерно большой ток (чревато выходом из строя управляющих цепей).

Часто для ограничения скорости вращения вентилятора примеряются постоянные или переменные резисторы, включенные последовательно в цепи питания. Изменяя сопротивление переменного резистора, можно регулировать скорость вращения: именно так устроены многие ручные регуляторы скорости вентиляторов. Конструируя подобную схему нужно помнить, что, во-первых, резисторы греются, рассеивая часть электрической мощности в виде тепла, - это не способствует более эффективному охлаждению; во-вторых, электрические характеристики электродвигателя в различных режимах работы (запуск, разгон, стабильное вращение) не одинаковы, параметры резистора нужно подбирать с учётом всех этих режимов. Чтобы подобрать параметры резистора, достаточно знать закон Ома; использовать нужно резисторы, рассчитанные на ток, не меньший, чем потребляет электродвигатель. Однако лично я не приветствую ручное управление охлаждением, так как считаю, что компьютер - вполне подходящее устройство, чтобы управлять системой охлаждения автоматически, без вмешательства пользователя.

Контроль и управление вентиляторами

Большинство современных материнских плат позволяет контролировать скорость вращения вентиляторов, подключённых к некоторым трёх- или четырёхконтактным разъёмам. Более того, некоторые из разъёмов поддерживают программное управление скоростью вращения подключённого вентилятора. Не все размещённые на плате разъёмы предоставляют такие возможности: например, на популярной плате Asus A8N-E есть пять разъёмов для питания вентиляторов, контроль над скоростью вращения поддерживают только три из них (CPU, CHIP, CHA1), а управление скоростью вентилятора - только один (CPU); материнская плата Asus P5B имеет четыре разъёма, все четыре поддерживают контроль за скоростью вращения, управление скоростью вращения имеет два канала: CPU, CASE1/2 (скорость двух корпусных вентиляторов изменяется синхронно). Количество разъёмов с возможностями контроля или управления скоростью вращения зависит не от используемого чипсета или южного моста, а от конкретной модели материнской платы: модели разных производителей могут различаться в этом отношении. Часто разработчики плат намеренно лишают более дешёвые модели возможностей управления скоростью вентиляторов. Например, материнская плата для процессоров Intel Pentiun 4 Asus P4P800 SE способна регулировать обороты кулера процессора, а её удешевлённый вариант Asus P4P800-X - нет. В таком случае можно использовать специальные устройства, которые способны управлять скоростью нескольких вентиляторов (и, обычно, предусматривают подключение целого ряда температурных датчиков) - их появляется всё больше на современном рынке.

Контролировать значения скорости вращения вентиляторов можно при помощи BIOS Setup. Как правило, если материнская плата поддерживает изменение скорости вращения вентиляторов, здесь же в BIOS Setup можно настроить параметры алгоритма регулирования скорости. Набор параметров различен для разных материнских плат; обычно алгоритм использует показания термодатчиков, встроенных в процессор и материнскую плату. Существует ряд программ для различных ОС, которые позволяют контролировать и регулировать скорость вентиляторов, а также следить за температурой различных компонентов внутри компьютера. Производители некоторых материнских плат комплектуют свои изделия фирменными программами для Windows: Asus PC Probe, MSI CoreCenter, Abit µGuru, Gigabyte EasyTune, Foxconn SuperStep и т.д. Распространено несколько универсальных программ, среди них: (shareware, $20-30), (распространяется бесплатно, не обновляется с 2004 года). Самая популярная программа этого класса - :

Эти программы позволяют следить за целым рядом температурных датчиков, которые устанавливаются в современные процессоры, материнские платы, видеокарты и жёсткие диски. Также программа отслеживает скорость вращения вентиляторов, которые подключены к разъёмам материнской платы с соответствующей поддержкой. Наконец, программа способна автоматически регулировать скорость вентиляторов в зависимости от температуры наблюдаемых объектов (если производитель системной платы реализовал аппаратную поддержку этой возможности). На приведённом выше рисунке программа настроена на управление только вентилятором процессора: при невысокой температуре ЦП (36°C) он вращается со скоростью около 1000 об/мин, - это 35% от максимальной скорости (2800 об/мин). Настройка таких программ сводится к трём шагам:

1. определению, к каким из каналов контроллера материнской платы подключены вентиляторы, и какие из них могут управляться программно;
2. указанию, какие из температур должны влиять на скорость различных вентиляторов;
3. заданию температурных порогов для каждого датчика температуры и диапазона рабочих скоростей для вентиляторов.

Возможностями по мониторингу также обладают многие программы для тестирования и тонкой настройки компьютеров: , и т. д.

Многие современные видеокарты также позволяют регулировать обороты вентилятора системы охлаждения в зависимости от нагрева графического процессора. При помощи специальных программ можно даже изменять настройки механизма охлаждения, снижая уровень шума от видеокарты в отсутствие нагрузки. Так выглядят в программе оптимальные настройки для видеокарты HIS X800GTO IceQ II :

Пассивное охлаждение

Пассивными системами охлаждения принято называть такие, которые не содержат вентиляторов. Пассивным охлаждением могут довольствоваться отдельные компоненты компьютера, при условии, что их радиаторы помещены в достаточный поток воздуха, создаваемый «чужими» вентиляторами: например, микросхема чипсета часто охлаждается большим радиатором, расположенным вблизи места установки процессорного кулера. Популярны также пассивные системы охлаждения видеокарт, например, :

Очевидно, чем больше радиаторов приходится продувать одному вентилятору, тем большее сопротивление потоку ему нужно преодолеть; таким образом, при увеличении количества радиаторов часто приходится увеличивать скорость вращения крыльчатки. Эффективнее использовать много тихоходных вентиляторов большого диаметра, а пассивные системы охлаждения предпочтительнее избегать. Несмотря на то, что выпускаются пассивные радиаторы для процессоров, видеокарты с пассивным охлаждением, даже блоки питания без вентиляторов (FSP Zen), попытка собрать компьютер совсем без вентиляторов из всех этих компонент наверняка приведёт к постоянным перегревам. Потому, что современный высокопроизводительный компьютер рассеивает слишком много тепла, чтобы охлаждаться только лишь пассивными системами. Из-за низкой теплопроводности воздуха, сложно организовать эффективное пассивное охлаждение для всего компьютера, разве что превратить в радиатор весь корпус компьютера, как это сделано в :

Сравните корпус-радиатор на фото с корпусом обычного компьютера!

Возможно, полностью пассивного охлаждения будет достаточно для маломощных специализированных компьютеров (для доступа в интернет, для прослушивания музыки и просмотра видео, и т.п.) Охлаждение экономией

В старые времена, когда энергопотребление процессоров не достигло ещё критических величин - для их охлаждения хватало небольшого радиатора - вопрос «что будет делать компьютер, когда делать ничего не нужно?» решался просто: пока не надо выполнять команды пользователя или запущенные программы, ОС даёт процессору команду NOP (No OPeration, нет операции). Эта команда заставляет процессор выполнить бессмысленную безрезультатную операцию, результат которой игнорируется. На это тратится не только время, но и электроэнергия, которая, в свою очередь, преобразуется в тепло. Типичный домашний или офисный компьютер в отсутствие ресурсоёмких задач загружен, как правило, всего на 10% - любой может удостовериться в этом, запустив Диспетчер задач Windows и понаблюдав за Хронологией загрузки ЦП (Центрального Процессора). Таким образом, при старом подходе около 90% процессорного времени улетало на ветер: ЦП занимался выполнением никому не нужных команд. Более новые ОС (Windows 2000 и далее) в аналогичной ситуации поступают разумнее: при помощи команды HLT (Halt, останов) процессор полностью останавливается на короткое время - это, очевидно, позволяет снизить потребление энергии и температуру процессора при отсутствии ресурсоёмких задач.

Компьютерщики со стажем могут припомнить целый ряд программ для «программного охлаждения процессора»: будучи запущенными под управлением Windows 95/98/ME они останавливали процессор с помощью HLT, вместо повторения бессмысленных NOP, чем снижали температуру процессора в отсутствие вычислительных задач. Соответственно, использование таких программ под управлением Windows 2000 и более новых ОС лишено всякого смысла.

Современные процессоры потребляют настолько много энергии (а это значит: рассеивают её в виде тепла, то есть греются), что разработчики создали дополнительные технические по борьбе с возможным перегревом, а также средства, повышающие эффективность механизмов экономии при простое компьютера.

Тепловая защита процессора

Для защиты процессора от перегрева и выхода из строя, применяется так называемый thermal throttling (обычно не переводят: троттлинг). Суть этого механизма проста: если температура процессора превышает допустимую, процессор принудительно останавливается командой HLT, чтобы кристалл имел возможность остыть. В ранних реализациях этого механизма через BIOS Setup можно было настраивать, какую долю времени процессор будет простаивать (параметр CPU Throttling Duty Cycle: xx%); новые реализации «тормозят» процессор автоматически до тех пор, пока температура кристалла не опустится до допустимого уровня. Безусловно, пользователь заинтересован в том, чтобы процессор не прохлаждался (буквально!), а выполнял полезную работу — для этого нужно использовать достаточно эффективную систему охлаждения. Проверить, не включается ли механизм тепловой защиты процессора (троттлинга) можно при помощи специальных утилит, например :

Минимизация потребления энергии

Практически все современные процессоры поддерживают специальные технологии для снижения потребления энергии (и, соответственно, нагрева). Разные производители называют такие технологии по-разному, например: Enhanced Intel SpeedStep Technology (EIST), AMD Cool’n’Quiet (CnQ, C&Q) - но работают они, по сути, одинаково. Когда компьютер простаивает, и процессор не загружен вычислительными задачами, уменьшается тактовая частота и напряжение питания процессора. И то, и другое уменьшает потребление процессором электроэнергии, что, в свою очередь, сокращает тепловыделение. Как только загрузка процессора увеличивается, автоматически восстанавливается полная скорость процессора: работа такой схемы энергосбережения полностью прозрачна для пользователя и запускаемых программ. Для включения такой системы нужно:

1. включить использование поддерживаемой технологии в BIOS Setup;
2. установить в используемой ОС соответствующие драйверы (обычно это драйвер процессора);
3. в Панели управления Windows (Control Panel), в разделе Электропитание (Power Management), на закладке Схемы управления питанием (Power Schemes) выбрать в списке схему Диспетчер энергосбережения (Minimal Power Management).

Например, для материнской платы Asus A8N-E с процессором нужно (подробные инструкции приведены в Руководстве пользователя):

1. в BIOS Setup в разделе Advanced > CPU Configuration > AMD CPU Cool & Quiet Configuration параметр Cool N"Quiet переключить в Enabled; а в разделе Power параметр ACPI 2.0 Support переключить в Yes;
2. установить ;
3. см. выше.

Проверить, что частота процессора изменяется, можно при помощи любой программы, отображающей тактовую частоту процессора: от специализированных типа , вплоть до Панели управления Windows (Control Panel), раздел Система (System):

AMD Cool"n"Quiet в действии: текущая частота процессора (994 МГц) меньше номинальной (1,8 ГГц)

Часто производители материнских плат дополнительно комплектуют свои изделия наглядными программами, наглядно демонстрирующими работу механизма изменения частоты и напряжения процессора, например, Asus Cool&Quiet:

Частота процессора изменяется от максимальной (при наличии вычислительной нагрузки), до некоторой минимальной (при отсутствии загрузки ЦП).

Утилита RMClock

Во время разработки набора программ для комплексного тестирования процессоров , была создана (RightMark CPU Clock/Power Utility): она предназначена для наблюдения, настройки и управления энергосберегающими возможностями современных процессоров. Утилита поддерживает все современные процессоры и самые разные системы управления потреблением энергии (частотой, напряжением…) Программа позволяет наблюдать за возникновением троттлинга, за изменением частоты и напряжения питания процессора. Используя RMClock, можно настраивать и использовать всё, что позволяют стандартные средства: BIOS Setup, управление энергопотреблением со стороны ОС при помощи драйвера процессора. Но возможности этой утилиты гораздо шире: с её помощью можно настраивать целый ряд параметров, которые не доступны для настройки стандартным образом. Особенно это важно при использовании разогнанных систем, когда процессор работает быстрее штатной частоты.

Авторазгон видеокарты

Подобный метод используют и разработчики видеокарт: полная мощность графического процессора нужна только в 3D-режиме, а с рабочим столом в 2D-режиме современный графический чип справится и при пониженной частоте. Многие современные видеокарты настроены так, чтобы графический чип обслуживал рабочий стол (2D-режим) с пониженной частотой, энергопотреблением и тепловыделением; соответственно, вентилятор охлаждения крутится медленнее и шумит меньше. Видеокарта начинает работать на полную мощность только при запуске 3D-приложений, например, компьютерных игр. Аналогичную логику можно реализовать программно, при помощи различных утилит по тонкой настройке и разгону видеокарт. Для примера, так выглядят настройки автоматического разгона в программе для видеокарты HIS X800GTO IceQ II :

Тихий компьютер: миф или реальность?

С точки зрения пользователя, достаточно тихим будет считаться такой компьютер, шум которого не превышает окружающего шумового фона. Днём, с учётом шума улицы за окном, а также шума в офисе или на производстве, компьютеру позволительно шуметь чуть больше. Домашний компьютер, который планируется использовать круглосуточно, ночью должен вести себя потише. Как показала практика, практически любой современный мощный компьютер можно заставить работать достаточно тихо. Опишу несколько примеров из моей практики.

Пример 1: платформа Intel Pentium 4

В моём офисе используется 10 компьютеров Intel Pentium 4 3,0 ГГц со стандартными процессорными кулерами. Все машины собраны в недорогих корпусах Fortex ценой до $30, установлены блоки питания Chieftec 310-102 (310 Вт, 1 вентилятор 80?80?25 мм). В каждом из корпусов на задней стенке был установлен вентилятор 80?80?25 мм (3000 об/мин, шум 33 дБА) - они были заменены вентиляторами с такой же производительностью 120?120?25 мм (950 об/мин, шум 19 дБА). В файловом сервере локальной сети для дополнительного охлаждения жёстких дисков на передней стенке установлены 2 вентилятора 80?80?25 мм , подключённые последовательно (скорость 1500 об/мин, шум 20 дБА). В большинстве компьютеров использована материнская плата Asus P4P800 SE , которая способна регулировать обороты кулера процессора. В двух компьютерах установлены более дешёвые платы Asus P4P800-X , где обороты кулера не регулируются; чтобы снизить шум от этих машин, кулеры процессоров были заменены (1900 об/мин, шум 20 дБА).
Результат : компьютеры шумят тише, чем кондиционеры; их практически не слышно.

Пример 2: платформа Intel Core 2 Duo

Домашний компьютер на новом процессоре Intel Core 2 Duo E6400 (2,13 ГГц) со стандартным процессорным кулером был собран в недорогом корпусе aigo ценой $25, установлен блок питания Chieftec 360-102DF (360 Вт, 2 вентилятора 80×80×25 мм). В передней и задней стенках корпуса установлены 2 вентилятора 80×80×25 мм , подключённые последовательно (скорость регулируется, от 750 до 1500 об/мин, шум до 20 дБА). Использована материнская плата Asus P5B , которая способна регулировать обороты кулера процессора и вентиляторов корпуса. Установлена видеокарта с пассивной системой охлаждения.
Результат : компьютер шумит так, что днём его не слышно за обычным шумом в квартире (разговоры, шаги, улица за окном и т. п.).

Пример 3: платформа AMD Athlon 64

Мой домашний компьютер на процессоре AMD Athlon 64 3000+ (1,8 ГГц) собран в недорогом корпусе Delux ценой до $30, сначала содержал блок питания CoolerMaster RS-380 (380 Вт, 1 вентилятор 80?80?25 мм) и видеокарту GlacialTech SilentBlade GT80252BDL-1 , подключенными к +5 В (около 850 об/мин, шум меньше 17 дБА). Используется материнская плата Asus A8N-E , которая способна регулировать обороты кулера процессора (до 2800 об/мин, шум до 26 дБА, в режиме простоя кулер вращается около 1000 об/мин и шумит меньше 18 дБА). Проблема этой материнской платы: охлаждение микросхемы чипсета nVidia nForce 4, Asus устанавливает небольшой вентилятор 40?40?10 мм со скоростью вращения 5800 об/мин, который достаточно громко и неприятно свистит (кроме того, вентилятор оборудован подшипником скольжения, имеющим очень небольшой ресурс). Для охлаждения чипсета был установлен кулер для видеокарт с медным радиатором , на его фоне отчётливо слышны щелчки позиционирования головок жёсткого диска. Работающий компьютер не мешает спать в той же комнате, где он установлен.
Недавно видеокарта была заменена HIS X800GTO IceQ II , для установки которой потребовалось доработать радиатор чипсета : отогнуть рёбра таким образом, чтобы они не мешали установке видеокарты с большим вентилятором охлаждения. Пятнадцать минут работы плоскогубцами - и компьютер продолжает работать тихо даже с довольно мощной видеокартой.

Пример 4: платформа AMD Athlon 64 X2

Домашний компьютер на процессоре AMD Athlon 64 X2 3800+ (2,0 ГГц) с процессорным кулером (до 1900 об/мин, шум до 20 дБА) собран в корпусе 3R System R101 (в комплекте 2 вентилятора 120×120×25 мм, до 1500 об/мин, установлены на передней и задней стенках корпуса, подключены к штатной системе мониторинга и автоматического управления вентиляторами), установлен блок питания FSP Blue Storm 350 (350 Вт, 1 вентилятор 120×120×25 мм). Использована материнская плата (пассивное охлаждение микросхем чипсета), которая способна регулировать обороты кулера процессора. Использована видеокарта GeCube Radeon X800XT , система охлаждения заменена на Zalman VF900-Cu . Для компьютера был выбран жёсткий диск , известный низким уровнем создаваемого шума.
Результат : компьютер работает так тихо, что слышен шум электродвигателя жёстких дисков. Работающий компьютер не мешает спать в той же комнате, где он установлен (соседи за стенкой разговаривают и того громче).

Требования, которые предъявляются к системам охлаждения с фреоном в качестве рабочего вещества. Фреоны, в отличие от других холодильных рабочих веществ, имеют большую текучесть, хорошо растворяются в смазочных маслах и имеют очень малую растворимость в воде. Именно с этим связаны основные отличия охлаждающих систем с фреоном в качестве рабочего вещества и от других охлаждающих систем.

На основе вышеуказанных особенностей фреонов можно сформулировать главные требования, которые предъявляются к системам охлаждения с фреоном в качестве рабочего вещества:

· поддержание гер­метичности;

· обеспечение проникновения влаги в холодильную установку;

· беспрерывная циркуляция смеси «масло–фреон» и возвращение масла в компрессор из испарителя.

Поддержание герметичности холодильной установки можно достигнуть с помощью использования специальных прокладок, которые изготавливаются из паронита или маслостойкой резины. Кроме того, необходимо осуществить специальными штуцерами соединение аппаратов и трубопроводов.

Для избегания проникновения влаги в холодильную установку сегодня выпускаются холодильные аппараты и машины, которые заполнены инертным газом. Во время запуска холодильных систем в эксплуатацию их необходимо осушить с помощью продувания инертными газами, а затем происходит вакуумирование перед заправкой хладагента. Кроме того, во время эксплуатации холодильной установки необходимо производить постоянное осушение хладагента, циркулирующего в системе. Это осуществляется с помощью фильтров-осушителей.

Беспрерывная циркуляция смеси «масло–фреон» и возвращение масла в компрессор из испарителя осуществляются на основе обеспечения условий, которые бы способствовали понижению растворения хладагента в масле в компрессоре, а также с помощью использования испарителей со специальной конструкцией. В случае использования испарителей с кипением фреона внутри труб (например, воздухоохладителей или змеевиковых охлаждающих батарей) необходимо осуществлять верхнюю или нижнюю (а в некоторых случаях – и комбинированную) подачу фреона.

В том случае, если осуществляется верхняя подача фреона в систему, легче осуществить возвращение масла в картер компрессора. Также в этом случае для заправки холодильной установки необходимо меньшее количество хладагента, нет вредоносного влияния гидростатического столба жидкос­ти на теплопередачу. Кроме того, хладагент и масло осуществляют движение сверху вниз, т. е. движутся в одном направлении. Последний фактор способствует тому, что масло лучше циркулирует в системе.

В том случае, если осуществляется нижняя подача фреона в систему, то коэффициент теплопередачи будет выше, а хладагент будет лучше распределяться между секциями, которые работают параллельно. Чаще всего системы с нижней подачей фреона используются в больших, широко раз­ветвленных, насосно-циркуляционных охлаждающих системах. Для того, чтобы масло возвращалось в картер компрессора, на трубопроводах отсоса пара создают специальные петли, которые образуют некий гидравлический затвор. В этих петлях накапливается масло, которое транспортируется паром. С целью уменьшения пагубного влияния гидростатического столба жидкости приборы охлаждения необходимо реализовывать из параллельных змеевиков с приподнятыми выходными концами, которые будут располагаться горизонтально и будут объединены коллекторами.

В том случае, если осуществляется комбинированная подача фреона, хладагент осуществляет движение через змеевики, которые соединены последовательно, сначала снизу вверх, а в последних секциях – сверху вниз. В этом случае повышается коэффициент теплопередачи (по сравнению с системами с верхней подачей фреона) и улучшается возврат масла (по сравнению с нижней подаче фреона), но вместе с тем и повышается гидравлическое сопротивление. Из-за этого данный способ подачи фреона применяется лишь в некоторых системах, которые предназначены для работы с высокими температурами кипения.

Методы подвода хладагента к испарителям. Подвод хладагента реализовывается через дроссельные устройства. При этом конструкция дросселей подбирается в зависимости от вида датчика. Дроссели могут срабатывать в случае изменения уровня жидкости в испарителе (соленоидные вентили или поплавковые регулирующие вентили; и дроссели, которые получают сигнал от электронных указателей уровня) или же в случае перегрева пара (ТРВ). Для того, чтобы испарители хорошо заполнялись фреоном, применяют терморегулирующий вентиль (ТРВ) с термобаллоном, устанавливающийся до или после теплообменного аппарата. В том случае, если термобаллон устанавливается до теплообменного аппарата, ТРВ необходимо настроить на начало открытия в случаях перегрева паров на 3–4 °С, полное же его открытие должно происходить при перегреве в 5–7 °С. Следует отметить, что перегрев пара происходит лишь в последних (по ходу движения хладагента) шлангах теплообменного аппарата, из-за чего эти шланги работают с небольшой эффективностью. Также необходимо знать, что при сравнительно малых перегревах паров чувствительность ТРВ уменьшается, а работа его становится неустойчивой.

Для того, чтобы снизить перегрев пара на выходе из змеевиковых теплообменников, необходимо использовать ТРВ, которое работает на принципе внешнего выравнивания давления. В этом случае перегрев выходящего из теплообменника пара регулируется и снижается на величину, которая соответствует уменьшению давления в охлаждающем аппарате на линии от ТРВ до того места, где уравнительная трубка ТРВ присоединяется к трубопроводу.

В случае размещения термобаллона ТРВ после теплообменного аппарата теплосъем теплообменника повышается вследствие лучшего заполнения его жидким хладагентом и уменьшения концентрации масла в смеси «масло–фреон». Причем ТРВ необходимо настраивать на существенно более высокий перегрев пара (как минимум, на 15–20 °С), который бы обеспечивал доиспарение хладагента из масла.

https://pandia.ru/text/80/222/images/image002_27.jpg" width="430" height="250">

Качественное заполнение хладагентом испарителей, в которых кипение фреона происходит в межтрубном пространстве (кожухозмеевиковые или кожухотрубные теплообменные аппараты), реализовывается с помощью поплавковых регуляторов уровня или ТРВ. Следует отметить, что когда проектируется, а затем и эксплуатируется холодильная система, необходимо создавать условия для возвращения масла в картер компрессор из охлаждающих аппаратов.

В случае применения смеси «масло–фреон» с ограниченной взаимной растворимостью, фракция, которая насыщена маслом (как более легкая) накапливается виде небольшого слоя в верхней части охлаждающего аппарата. Чтобы масло возвращалось в компрессор, необходимо температуру застывания масла поддерживать значительно более низкой, чем температуру кипения хладагента. В этом случае масло начинает вспениваться парами фреона и в таком виде начинается уноситься во всасывающий трубопровод.

В случае применения смеси «масло–фреон» с неограниченной взаимной растворимостью масло из межтрубного пространства охлаждающего теплообменника может уноситься вместе с каплями неиспарившейся жидкости, захватываемыми паровым потоком.

Количество масла, которое отводится паром из кожухотрубного теплообменника, обуславливается скоростью его движения в охлаждающем теплообменнике, местом присоединения патрубка всасывания к кожуху теплообменника и его кон­струкцией. Скорость в паровом пространстве зависит от количества пара, который образовался, т. е. от тепловой нагрузки, и от степени заполнения теплообменником жидким хладагентом. В том случае, если степень заполнения теплообменника либо его тепловая нагрузка уменьшаются, то следствием этого становится снижение количества жидкой смеси «масло–фреон», которая уносится из него вместе с паром. В том случае, если имеют место малые тепловые нагрузки, унос масла из теплообменника может полностью остановиться, что приведет к существенному ухудшению его теплопередачи, и, как следствие, к аварийному уменьшению уровня масла в картере компрессора.

Принципиальная схема питания фреонового теплообменника по перегреву показана на рис. 3. Особенностью такой схемы является настройка ТРВ для того, чтобы обеспечить нормальную работу системы.

Если плавно повышать тепловую нагрузку теплообменника, усиленное парообразование в испарителе приведет к уносу жидкости, следствием чего является снижение подачи хладагента через ТРВ. Но при этом ТРВ не способен обеспечить безопасную работу холодильной системы в случае резкого повышения тепло­вой нагрузки из-за того, что вскипание хладагента может привести к перепол­нению теплообменника, и, как следствие, к влажному ходу компрессора. Следовательно, данную схему можно применять только для питания теплообменников, работающих в стационарном режиме с незначительными колебаниями тепловой на­грузки. Регулирование заполнения теплообменника в переходных и пусковых режимах необходимо реализовывать ручным регулирующим вентилем.

В том случае, если термобаллон ТРВ поместить на трубопроводе между испарителем и РТО, то немного снижается вероятность влажного хода компрессо­ра в случае переменных тепловых нагрузок, но это повлечет за собой ухудшение возвращения масла в картер компрессора, а теплопередача в испари­теле уменьшится. По некоторым опытным данным, коэффициент теплопередачи, от­несенный к полной поверхности аппарата, уменьшается на 30% при увеличении перегрева паров хладагента R22, которые выходят из испарителя от 0 до 2 °С.

Принципиальная схема заполнения хладагентом фреонового испарителя в зависимости от уровня показана на рис. 4. При этом, уровень жидкости в теплообменнике надо поддерживать таким, чтобы исключалось ее попадание во всасы­вающий трубопровод в случае максимальных тепловых нагрузок, которые соответствуют заданным условиям эксплуатации охлаждающего теплообменника. Удаление смеси «масло–фреон» из аппарата реализовывается по специальному трубопроводу, который присоединяется к теплообменнику в той зоне, где присутствует наивысшая кон­центрация масла в жидкой фазе. Жидкость, которая отводится из теплообменника, поступает в РТО, где происходит доиспарение хладагента.

Соленоидный вентиль, который расположен между охлаждающим теплообменником и ТРВ, закрывается одновременно с выключением компрессора, тем самым предотвраща­я возможное поступление жидкости во всасывающий трубопровод. Данная схема обеспечивает надежную эксплуатацию холодильной системы в случае переменных тепловых нагрузок.

В том случае, если для охлаждения необходимы низкотемпературные фре­оновые установки, можно применить схему питания охлаждающего теплообменника, которая показана на рис. 5. Данная схема отличается от схемы, изображенной на рис. 4, тем, что тут применяется оросительный испаритель с насосной циркуля­цией смеси «масло–фреон». Ряд зарубежных фирм-изготовителей производят оросительные испарители, которые оснащены эжекторами либо же встроенными цир­куляционными насосами.

https://pandia.ru/text/80/222/images/image006_11.jpg" width="450" height="312">

В случае проектирования РТО можно принимать гидравли­ческое сопротивление его зоны пара по данным фирмы «Данфосс», приведенным на рис. 6.

Разводка трубопроводов. В охлаждающих системах разводку тру­бопроводов выполняют так, чтобы обеспечить непрерывный равномер­ный возврат в компрессор уносимого масла.

Жидкостные трубопроводы с фреоном необходимо прокладывать аналогично аммиачным. Но при этом следует отметить, что плотность фреонов значительно выше, а скрытая теплота фазового перехода существенно ниже по сравнению с аммиаком . Вследствие этого внимание необходимо обращать на предупреждение вскипания хладагента из-за уменьшения его давления в трубопроводах, которые направляют жидкость снизу вверх – к дроссельным и распределительным устройствам. При этом следует поддерживать достаточную для транспортировки масла скорость пара во фреоновых паровых трубопроводах, которая зависит от плотности пара и размеров капель масла, при этом она резко меняется при изменении температуры и давления в системе.

Если в трубопроводах повысить скорость, то более крупные капли масла легче уносятся обратно в компрессор, но при этом это приводит к резкому увеличению потерь давления. Вследствие этого ухудшаются условия работы компрессора, а также уменьшается его холодопроизводительность. Крайне нежелательны при этом возрастание гидравлического сопротивления во всасывающих трубопроводах в одно - и многоступенчатых установках, которые работают на низкие температуры.

Рекомендуются следующие минимальные скорости, которые бы обеспечивали перенос масла: в вертикальных всасывающих трубопроводах, в которых фреон движется снизу вверх, – 8,0 м/с; в вертикальных нагнетательных трубопроводах – 7,5 м/с; в горизонтальных всасывающих трубопроводах, в которых создается уклон по ходу движения пара – 4,5 м/с; в горизонтальных нагнетательных трубопроводах – 3,5 м/с.

Чтобы обеспечить более легкий подъем масла в вертикальных паровых трубопроводах, нижнюю часть трубопроводов необходимо изготовить в виде сифонов. При этом масло постепенно заполняет сифон, тем самым увеличивая его гидравлическое сопротивление до того момента, пока не выбросится потоком пара в сторону низкого давления.

В том случае, если необходимо подавать масло с парами хладагента вверх на существенную высоту, на трубопроводе изготавливают каскад сифонов, которые расположены друг от друга на расстоянии 3–9 м. Масло под давлением парообразного хладагента поступательно движется от нижнего сифона к верхнему..

Верхнюю часть вертикальных трубопроводов, которые транспортируют смесь «масло–пар», из отдельных приборов охлаждения снизу вверх, необходимо выгибать в виде грифонов, которые представляют собой обратные сифоны, подключая их к общей всасывающей линии сверху. Вследствие этого предотвращается возможность попадания смеси «масло–фреон» из одного прибора охлаждения в другой.

Надежный возврат масла из приборов охлаждения в картер компрессора обеспечивается в том случае, если всасывающий вентиль компрессора находится ниже выход­ных патрубков приборов охлаждения, и вместе с тем используется верхняя разводка всасы­вающих трубопроводов.

Горизонтальные участки паровых трубопроводов необходимо выполнять с уклоном 3–5% по ходу хладагента. Уклон обеспечивает снижение скорости пара и предотвращение обратного слива масла по трубе в том случае, если произошла остановка компрессора, либо же снизилась его производительность.

В схемах, где используется верхняя разводка трубопроводов, стоя­ки нагнетания компрессоров, которые работают параллельно, необходимо присоеди­нять к общему коллектору. Это реализуется с помощью сифонов, прямо перед которыми устанавливаются обратные клапаны на каждом стояке. Вследствие этого можно защитить компрессоры, которые временно не работают, от конденсации в них пара и вредоносного заполне­ния нагнетательных стояков маслом.

В малых установках, в которых присутствует переменная тепловая на­грузка, часто используется один компрессор, в котором регулируется холодопроизводительность. Этот один компрессор позволяет поддерживать давление кипения примерно постоянным. В том случае, если тепловая нагрузка будет изменяться во времени, скорость пара в нагнетательном и всасывающем трубопроводах вследствие этого может колебаться в существенном диапазоне. В таких условиях становится сложным осуществлять транспортировку масла в трубопроводах, которые направлены снизу вверх (например, в таких случаях, когда конденсатор находится на крыше здания). Для этого сечение вертикального отрезка линии нагнетания компрессора необходимо рассчитать таким образом, чтобы в случае минимальной тепловой нагрузки в этой линии поддерживалась достаточная для транспортировки масла скорость. Но если повышать производительность компрессора, гидравлическое сопротивление трубопровода начинает резко возрастать.

В холодильных установках, в которых регулируется холодопроизводительность, необходимо использовать нагнетательную линию, которая будет состоять из двух труб разного диаметра, как показано на рис. 7.

В том случае, когда тепловая нагрузка будет возрастать, общее сечение трубопроводов будет поддерживать необходимую для транспортировки масла скорость пара. Если производительность компрессора уменьшается, то скорость движения пара недопустимой, происходит постепенное заполнение сифона маслом, тем самым создается гидравлический затвор, которые перекрывает трубу с большим диаметром. Это приведет к тому, что весь пар начнет двигаться по трубе с меньшим диаметром со скоростью, которая будет достаточной для переноса масла.

Циркуляция смесей «масло–фреон». Концентрация масла в смеси, которая возвращается в компрессор, зависит от пе­регрева пара хладагента в РТО.

Если во фреоновой холодильной установке, в которой осуществляется безнасосная система охлаждения, будет отсутствовать РТО, то хладагент в приборах охлаждения будет фактически полностью испаряться. Малое количество хладагента при этом будет доиспаряться из масла во всасывающем трубопроводе. Концентрация масла в смеси «масло–фреон» в приборах охлаждения высокая, а на выходе из них – будет близка к единице, что приведет к существенному скоплению масла в приборах охлаждения, и как следствие, теплопередача приборов охлаждения и надежность всей системы заметно снизится.

В случае наличия РТО в приборы охлаждения поступает смесь «масло–фреон», которая имеет концентрацию масла x1 и содержит (G + DG) кг жидкого хладагента. Под воздействием теплопритоков в приборах охлаждения выкипает G кг хладагента, и из него выходит смесь «масло–фреон» с концентрацией мас­ла x2, которая содержит DG кг хладагента. Данная смесь движется в РТО, где происходит доиспарение хладагента в количестве DG, а затем происходит пере­грев всего пара, который образовался, на величину DtП за счет переохлажде­ния жидкого хладагента, движущегося после конденсатора, на величину DtЖ.

Уравнение теплового баланса РТО в условиях стационарного режима описывается соотношением:

(G + DG) × DiЖ + GМ × сМ × DtЖ = DG × r + (G + DG) × DiП + GМ × сМ × DtП,

где GМ – количество масла, возвращаемого в компрессор из РТО, равное количеству масла, поступающего в приборы охлаждения, кг; сМ – удельная теплоемкость масла (для упрощения сМ принимается постоянной и определяется по средней температуре смеси «масло–фреон» в РТО), кДж/(кг×м); DiЖ и DiП – разности энтальпий, соответственно, жидкого и парообразного хладагента, соответствующие разностям температурам, соответственно, DtЖ и DtП, кДж/кг; r – скрытая теплота парообразования фреона при средней температуре в РТО, кДж/кг.

В случае решения вышеназванного уравнения можно получить выражение, которое будет определять количество хладагента DG, которое нужно испарить в РТО для возвращения в компрессор масла в количестве GМ кг в зависимости от условий работы холодильной системы:

DG = G × k1 + GМ × k2,

k1 = (DiЖ – DiП) / (r + DiП – DiЖ);

k2 = cМ × (DtЖ – DtП) / (r + DtП – DtЖ)

В том случае, если переохлаждение жидкого хладагента в РТО происхо­дит за счет кипения жидкого хладагент и перегрева паров, которые поступают из приборов охлаждения холодильной установки, то в них нужно подавать боль­шее количество жидкости хладагента, чем требуется для нейтрализации наружных теплопритоков. В данных условиях кратность циркуляции хладагента через приборы охлаждения, которая определяется как n = (G + DG) / G, будет больше единицы. Таким образом, создается запас жидкого хладагента, который компенсирует неравномерность распределения его между шлангами приборов охлаждения, работающих параллельно.

Расчетное выражение для определения кратности циркуляции n можно получить из зави­симостей для DG, k1 и k2:

n = 1 + k1 + (GМ / G) × k2

Для фреоновых одноступенчатых установок с РТО значение кратности циркуляции хладагента n должно составлять 1,1–1,3 в зави­симости от условий работы. Это упрощает распределение хладагента между приборами охлаждения и обеспечивает постоянное питание их в тех случаях, когда происходят небольшие колебания тепловой нагрузки во время эксплуа­тации.

Из формулы для n следует, что кратность циркуляции увеличивается с повышением количества теплоты, которая пропорциональна DiЖ и отводится в РТО от переохлаждаемого хладагента. Поэтому необходимо стремиться к тому, чтобы хладагент, который поступает из конденсато­ра, переохлаждался в РТО до температуры, которая будет на 2–3 °С больше температуры кипения.

Кроме того, переохлаждение хладагента в РТО позволяет предотвратить расслоение смеси «масло–фреон» в дроссельном вентиле, а также уменьшить концентрацию масла в приборах охлаждения из-за уменьшения сухости отводимого от приборов охлаждения пара.

Следует отметить, что вариант, когда на переохлаждение в РТО подается часть жидкого хладагента, которая приходит из конденсатора, а вторая часть дросселируется без предварительно переохлаждения, является нецелесообразным.

Концентрация масла в смеси «масло–фреон», которая поступает в приборы охлаждения x1 и выходящая из них x2 находятся из следующих соотношений:

x1 = GМ / (G + DG + GМ);

x2 = GМ / (DG + GМ).

Из этих соотношений можно получить формулы, связывающие количества хладагента, который выкипает в приборах охлаждения, и масла, которое поступает в них (или удаляемого из них), с концентрациями масла x1 и x2:

G / GМ = (1 / x1) – (1 / x2);

x2 / x1 = 1 + G / (DG + GМ).

В случае решения системы уравнений, содержащих концентрации относительно x2, можно получить расчетную зависимость для определения концентрации масла в смеси «масло–фреон», которая выходит из приборов охлаждения, если известны концентрация x1 и условия работы холодильной системы:

x2 = (1 + k1) / (1 + k1 / x1 + k2)

Затем можно получить расчетную зависимость для определения кратности циркуляции хладагента n, если известны концентрации смеси «масло–фреон», которая поступает в приборы охлаждения x1 и выходящая из них x2:

n = (1 – x1) / (1 – x1 / x2).

Анализ данного выражения показывает, что меньшая кратность циркуляции хладагента соответствует большей концентрации масла x2. В том случае, если повысить концентрацию масла x1, кратность циркуляции хладагента немного повышается, особенно при небольших концентрациях масла в жидкости, которая поступает в РТО из приборов охлаждения.

Следует отметить, что увеличение перегрева пара на всасывании компрессора приведет к повышении его коэффициента подачи. Но из-за того, что ограничено количество теплоты, которое отводится в РТО, большие перегревы пара на выходе из компрессора могут получать из-за повышения сухости пара, который поступает в РТО, т. е. за счет понижения DG. Это может привести к понижению кратности циркуляции хладагента через охлаждающие приборы и к увеличению концентрации масла в этих испарителях.

Проанализировав данные уравнения, можно прийти к выводу, что необходимо определять наиболее оптимальные перегревы пара на всасывании компрессора, которые соответствуют наиболее эффективной работе испарителей и компрессора для различных режимов эксплуатации холодильной системы.

Времена однотипных корпусов безвозвратно прошли. Серые, невзрачные решения сменили яркие и экстравагантные модели со множеством интересных функций и эргономичным дизайном, способные стать стильным дополнением любого интерьера. И если раньше компьютер в любом помещении, прямо скажем, мозолил глаза, то теперь он может оказаться более элегантным и красивым, чем иной предмет мебели. Он уже не только выполняет роль ящика для сборки компьютерной системы, но и выглядит достойно. К тому же выпускаемые в настоящее время компьютерные корпуса можно разделить на несколько категорий в зависимости от мощности будущей системы и сферы ее применения. Есть корпуса для геймеров (хотя многие из них отличаются от бюджетных моделей лишь внешними деталями), оверклокеров, компьютерных энтузиастов, корпуса для моддинга и создания портативных систем, а также бюджетные корпуса для офисных компьютеров. В общем пользователь непременно найдет корпус, который будет отвечать всем его требованиям.

В настоящей статье мы познакомим вас с корпусом, который можно причислить к передовым решениям, основная задача которых предложить новые идеи для всей индустрии, направить ее развитие в новое русло и заставить взглянуть на привычные проблемы по-новому. Это корпус от компании Thermaltake с загадочным названием Xpressar RCS100 - первый корпус с фреоновым охлаждением центрального процессора.

Он был представлен два года назад на выставке Computex 2008. Тогда все были очарованы новинкой от Thermaltake - миниатюрной системой охлаждения на основе фреона. Данная система многие годы использовалась в других отраслях, но для охлаждения компьютерных компонентов была предложена крупным производителем впервые.

Как известно, уже давно ведутся поиски инновационного источника охлаждения, который бы положил конец шумным кулерам. Поначалу большие надежды возлагались на жидкостное охлаждение, которое, казалось бы, соответствовало всем требованиям компьютерной индустрии. Однако такие системы не выдержали главного испытания - испытания временем: они не получили широкого распространения и, за исключением краткого ажиотажа, не вызвали никаких перемен в компьютерном мире. Некоторые производители до сих пор поставляют подобные решения на рынок, но, если говорить начистоту, вряд ли их ждет большое будущее. Такие системы остаются дорогими и, несмотря на некоторые преимущества, обладают рядом недостатков. Тем не менее безоговорочно следует признать одно: создание жидкостного охлаждения было необходимым этапом, который следовало пройти хотя бы для того, чтобы исключить из рассмотрения эту технологию. Итак, поиск идеального охлаждения продолжается. Пока подавляющее большинство пользователей продолжает применять старый и проверенный метод охлаждения компонентов; оверклокеры, работающие с экстремальными режимами современных систем, строят собственные охлаждающие контуры на основе жидкого азота. Решение от Thermaltake, которое мы рассмотрим, занимает среднюю позицию: с одной стороны, это больше, чем обычный корпус, а с другой - это серийное решение, которое не требует особых инженерных навыков для использования.

Корпус Xpressar RCS100

Серьезность изделия мы ощутили сразу же: коробка, в которую корпус бережно упакован, весит около 30 кг. При знакомстве с корпусом и его спецификацией становится понятной причина столь внушительного веса: шасси корпуса, как и его боковые панели, изготовлено из стали марки SECC толщиной 1 мм.

Основой для системы Xpressar RCS100, представляющей собой симбиоз корпуса и продвинутой системы охлаждения центрального процессора, послужил корпус знаменитой серии Xaser VI. Модель относится к классу Super Tower и имеет габаритные размеры 605x250x660 мм. Порадовало стилистическое решение корпуса: дизайнеры не стали утяжелять и без того громоздкую конструкцию большим количеством внешних «спецэффектов» типа огромных вентиляторов и светящихся панелей. В результате, несмотря на внушительные размеры, дизайн корпуса получился довольно сдержанным и аккуратным. Классический черный цвет, плавные очертания и линии удачно сочетаются с некоторыми более резкими, привычными для игровых корпусов деталями.

На верхней и нижней частях стального шасси имеются надстройки. Эти металлические конструкции, помимо защиты корпуса от внешних воздействий, выполняют целый ряд функций. В результате установки нижней надстройки корпус немного приподнимается над поверхностью, на которой стоит, за счет чего образуется воздушный зазор между нею и дном корпуса.

Верхняя надстройка выполняет роль площадки для размещения целого ряда функциональных устройств. В передней ее части находится интерфейсная панель, на которой располагаются внешние разъемы и клавиши управления. В их число вошли четыре разъема USB 2.0, два разъема eSATA, один IEEE-1394, два аналоговых разъема mini-jack для подключения наушников и микрофона, кнопки включения/выключения и перезагрузки компьютера, а также LED-индикатор работы жесткого диска. Примечательно, что столь большой набор интерфейсных разъемов и клавиш удалось разместить на довольно небольшой площади, которая, помимо всего прочего, гармонично вписалась в стилистику корпуса. Клавиша включения/выключения компьютера оформлена в виде светящейся буквы X, которая напоминает пользователю о принадлежности корпуса к серии Xaser VI. Любителям моддинга и красивых эффектов также придется по вкусу небольшая глянцевая створка, под которой скрывается вышеописанная интерфейсная панель, - при нажатии на определенную точку створка приподнимается, открывая доступ к разъемам. Такое решение весьма практично - в разъемы попадает меньше пыли. За интерфейсной панелью располагается дополнительный отсек, который становится доступен при сдвигании верхней стенки назад. Судя по всему, он предназначен для хранения мелких деталей, таких как крепежные винты и монтажные ленты.

Передняя панель корпуса закрыта внушительной алюминиевой дверцей с логотипом серии Xaser. В верхней и нижней ее частях имеются прочные выпуклые металлические решетки, которые, помимо эстетической функции, служат для забора воздуха внутрь корпуса. На передней панели расположены заглушки монтажных окон для 5,25-дюймовых устройств: четыре окна являются воздухозаборной решеткой для установленного за ними вентилятора, а остальные семь готовы к установке 5,25-дюймовых приводов. Все заглушки вынимаются без помощи инструментов, что значительно облегчает процесс сборки.

Боковые стенки имеют привычный вид: гладкая глянцевая поверхность с двумя решетками на каждой стороне и несколькими декоративными углублениями. Сняв стенки корпуса с двух сторон, мы пришли в легкое недоумение. На первый взгляд внутри корпуса творится полная неразбериха: провода, трубки, завернутые в теплоизоляцию, непонятные механизмы и устройства. Этот сумбур, как вы уже, должно быть, догадались, был внесен установкой охлаждающей системы Xpressar, к детальному изучению которой мы приступим чуть позже. А пока, сняв охлаждающую систему, рассмотрим более привычные для нас вещи.

Внутренняя компоновка корпуса выполнена на достойном уровне. В области передней стенки блока расположены две корзины для установки приводов. Верхняя корзина имеет семь монтажных мест для 5,25-дюймовых устройств, нижняя - для пяти 3,5-дюймовых приводов. Все монтажные места оборудованы специальными крепежами, которые позволяют установить то или иное устройство без помощи отвертки и других инструментов. Корзина для 3,5-дюймовых устройств имеет съемную основу и развернута к стенке корпуса для удобства извлечения приводов. Между передней стенкой и корзиной расположен 140-мм вентилятор, который продувает всю корзину насквозь и способствует быстрому отводу тепла от жестких дисков системы.

Монтажное место для установки блока питания также выполнено очень удачно: три опоры (две стационарные и одна регулируемая) позволяют жестко удерживать блок на месте и в то же время не загромождают внутреннее пространство. На верхней стенке размещен второй 140-мм охлаждающий вентилятор системы.

Особого внимания заслуживает реализация подложки материнской платы - после откручивания пары крепежных винтов она легко вынимается из корпуса вместе с задней стенкой. Это очень удобно, поскольку можно собрать систему вне корпуса, а затем просто установить подложку на место. В случае установки охладительной системы Xpressar данная конструктивная особенность корпуса и вовсе окажется незаменимой. Подложка имеет несколько отверстий для разводки кабелей питания и интерфейсных шлейфов, а зазор между подложкой и стенкой корпуса позволит уложить все кабели в нужном порядке и не занимать при этом внутренний объем корпуса.

Остается добавить, что к корпусу прилагается весьма внушительный комплект. Помимо документации, в нем обнаружились многочисленные крепежные винты для сборки системы, хомуты и ленты для разводки кабелей, отсек­переходник для монтажа привода 3,5-дюйма в 5,25-дюймовый отсек, дополнительная заглушка для FDD-привода, еще один 140-мм вентилятор, а также контейнер для хранения различных комплектующих, который можно установить в пятидюймовый отсек.

Теперь, когда мы вкратце ознакомились с устройством корпуса, рассмотрим более детально систему охлаждения - безусловно, его главную особенность.

Фреоновое сердце

Принцип работы системы охлаждения на основе фреона, несмотря на внешне сложное устройство, довольно прост. В замкнутом контуре находится газ (фреон), который в процессе фазового перехода из одного агрегатного состояния в другое охлаждает контактную площадку, присоединенную к центральному процессору компьютера. Рассмотрим данный процесс более детально.

Сначала сжиженный фреон, находясь в состоянии охлаждения и низкого давления, поступает к контактной площадке центрального процессора. Под воздействием выделяемого процессором тепла происходит фазовый переход фреона из жидкого в газообразное состояние. При помощи миниатюрного компрессора давление фреона в системе поднимается, газ разогревается, но при этом остается в газообразном состоянии. Однако в таком состоянии фреон уже способен к обратному переходу в жидкое состояние. Для этого при помощи охлаждающего блока, в основе которого лежат вентилятор, длинный контур из медных тепловых трубок и алюминиевые радиаторные пластины, температура фреона понижается, за счет чего газ конденсируется и переходит в жидкое состояние. В заключение цикла вновь образовавшаяся жидкость проходит через расширительный клапан, вследствие чего давление на данном участке падает, готовя фреон к повторному фазовому переходу в газообразное состояние. Такой цикл фазовых переходов давно работает на благо человечества в холодильных бытовых системах.

Проблемы, которые предстояло решить разработчикам Thermaltake, фактически сводились к двум: сделать систему охлаждения миниатюрной и избежать такого неприятного последствия работы фреонового охладителя, как конденсат. И если первая проблема не представляла особой сложности, то вторая заслуживала детального изучения, поскольку ее последствия являются фатальными для компьютера. Однако решение тоже оказалось довольно простым: поскольку рабочая температура центрального процессора находится в зоне так называемой комнатной температуры и выше, нет нужды охлаждать процессор сильнее. То есть задача Xpressar в данном случае сводится к поддержанию температуры в диапазоне 20-45 °С, при этом системе легко удается избежать образования внешнего конденсата. Работа компрессора, а следовательно, и скорость охлаждения контактной площадки регулируются по принципу широтно­импульсной модуляции, также известной как PWM. Иными словами, Xpressar воспринимает сигналы системы подобно обычному четырехконтактному кулеру и регулирует скорость работы охладительного контура. Это, ко всему прочему, решает проблему с охлаждением процессора в режиме «сна», когда оно практически не требуется.

Однако необходимо сделать ряд оговорок, на которые обязательно нужно обратить внимание тем, кто задумался об установке Xpressar. Во­первых, система с Xpressar предполагает установку процессора с тепловыделением более 70 Вт в нормальном режиме работы. Делается это для того, чтобы избежать переохлаждения контактной площадки и образования конденсата. Во­вторых, как указано на официальном сайте компании Thermaltake, система охлаждения требует предварительной подготовки, а именно прогрева в течение пяти минут. В-третьих, установить подобную систему можно только на системы с процессорными гнездами Intel LGA 775 и Intel LGA 1366. Кроме того, перед сборкой системы следует ознакомиться со списком рекомендуемого оборудования, которое может применяться с Xpressar.

Заключение

Система Xpressar безусловно является новым словом в компьютерной индустрии. Как у всех новинок, у нее есть свои плюсы и минусы. Главное преимущество системы заключается в высокоэффективном охлаждении, которое не могут обеспечить привычные вентиляторы, кулеры и даже жидкостные системы охлаждения для ПК. Основной недостаток - такие системы пока не актуальны для рядовых пользователей. Кулеры с активным охлаждением успешно решают проблему охлаждения любых современных систем, а стоят на порядок дешевле, занимают меньше места, их легче чинить и менять. Кроме того, система Xpressar подходит для весьма ограниченного числа плат и процессорных гнезд, что также снижает ее шансы оказаться в ПК обычного пользователя. Эта проблема возникает из-за того, что конструкция лишена какой­либо мобильности вследствие наличия в ней металлических трубок и конструкций. На наш взгляд, если система станет гибкой, то есть появится возможность подвода охлаждающей площадки в любое место системной платы, то такие решения действительно могут обрести популярность. Кроме того, подобным образом можно будет охлаждать и другие компоненты, а именно графические платы.

Возникнет ли потребность в таких системах в будущем - сказать сложно, поскольку технологии совершенствуются чересчур быстро и строить какие­либо прогнозы в данной сфере довольно тяжело. Сейчас же к Xpressar проявят интерес прежде всего оверклокеры и компьютерные энтузиасты, которые экспериментируют с экстремальными режимами работы системы. Для них решение компании Thermaltake действительно может стать панацеей, поскольку, в отличие от сложных установок на базе жидкого азота, Xpressar не требует лабораторных условий и открытых стендов. Кроме того, по слухам, компания Thermaltake продолжает разработку данной серии и в будущем может появиться более мобильное решение, которое, как сегодня СЖО (системы жидкостного охлаждения), будет занимать несколько 5-дюймовых слотов.

Если говорить о готовом решении на базе корпуса Xaser VI, то производитель выбрал очень удачную оболочку для новой системы охлаждения. Данный корпус очень удобен и позволит построить систему по любым запросам. Единственным его минусом являются большие габариты - не каждый пользователь готов поставить подобный корпус дома. Как бы то ни было, мы считаем, что стремление Thermaltake найти что­то новое, взглянуть на проблему охлаждения иначе более чем похвально и рано или поздно принесет плоды.