Система водяного охлаждения

В последнее время компоненты компьютера становятся всё горячее, для того чтобы их охладить приходится применять более эффективные системы охлаждения. Несмотря на надёжность, простоту, дешевизну традиционных воздушных систем охлаждения, воздух имеет низкую теплопроводность, а значит является не лучшим решением для охлаждения, не говоря уже о шуме который создаётся при большом потоке воздуха. Последние кулера издают просто изрядный рёв, при этом эффективность становится приемлемой, но не всегда достаточной. В последнее время всё большую популярность приобретает водяные системы охлаждения. Тем, кто с иронией смотрит на такую затею, скажу, что не даром в автомобилестроении используется именно такой способ, вспомните пресловутый запорожец с воздушным охлаждением, который, несмотря на слабый двигатель, так и не мог справиться с охлаждением. Вода намного лучше отводит тепло, чем воздух, именно поэтому водяные системы значительно более эффективны воздушных.

Меня на создание водяного охлаждения подвиг как раз шум компьютера. Во-первых, я работаю по ночам, а компьютер стоит рядом с кроватью, соответственно он мешает спать жене. Во-вторых длительное пребывание в шуме (а я сижу за компьютером >12часов в сутки) сказывается не лучшим образом на самочувствии. В третьих, разгон системы (а мне требуется для обработки видео производительная система) стандартными средствами охлаждения затруднён.

На сегодняшний день в интернете достаточно много материала по готовым системам от ведущих производителей, а также по самодельным системам охлаждения (самодельные системы как правило более эффективны). Не хочется повторятся и делать очередной обзор систем водяного охлаждения (приведу их в используемых ссылках), я на основе своего опыта, просто попробую красиво и детально описать свою конструкцию.

Основные компоненты водяной системы охлаждения рассмотрим на модели моей конструкции:

Вода подается по шлангу помпой (3) на ватерблоки (5,6,7), проходя по каналам ватерблоков, вода забирает тепло, и далее подаётся в радиатор (2), обдуваемый блоком вентиляторов (1). Таким образом, тепло принудительно выводится за пределы корпуса. Расширительный бачок (4) предотвращает наличие воздуха в системе, повышает объём теплоносителя (воды) в системе, тем самым увеличивает инертность системы, к тому же вода в бачке охлаждает помпу. Инертность системы в нашем случае - как раз большой плюс, ведь процессор работает, как правило, не постоянно на полную нагрузку. Пока он работает система плавно нагревается, а за время простоя процессора вода успевает охладиться. Замечу, что это правило работает не всегда, у меня, например, на 3200-м процессоре 1.5 часа видео кодируется в течении 7 часов, при этом процессор загружен на все 100%.

БЛОК ВЕНТИЛЯТОРОВ

Призван охлаждать радиатор. Глядя на блок из четырёх вентиляторов у народа сразу возникает сомнение на счёт тишины системы. Дело в том, что все вентиляторы включены через резисторы или можно включить их не на 12В, а на 5В (некоторые могут плохо стартовать), или на 7В. На минимальных оборотах их вообще не слышно. Во второй версии я поставил 3-х позиционный переключатель, первая позиция +12В (полные обороты), вторая через резистор 20Ом 2Вт, третья два по 25Ом 2Вт последовательно (4Вт). Это дало возможность включать на большие обороты вентиляторы при длительных нагрузках компьютера летом в жару. Сразу оговорюсь, каждый режим уменьшал/увеличивал температуру процессора на 1 градус, воды на 2 градуса. Разница мизерная, а вот шум в максимальном режиме достаточный, но когда очень жарко, на это можно пойти.

Угадайте, из чего сделан корпус блока вентиляторов. Из пластиковых линеек! Они дёшево стоили и классно клеились дихлорэтаном. Поскольку к блоку вентиляторов пришлось выводить 12В, туда же было встроено реле включения помпы (на фото).

РАДИАТОР

Охлаждает воду, передавая тепло воздуху. Моё мнение, место радиатору - наверху системного блока. Внутри он не может быть охлаждён и без того тёплым воздухом (а эффективность такой системы ОЧЕНЬ сильно зависит от температуры окружающей среды), снизу он плохо вентилируется, сбоку не создаётся самостоятельный поток воздуха, в отдельном ящике - очень громоздко. По материалу радиатора, медь хорошо проводит тепло, но плохо его отдаёт, посему, в этом плане, алюминий должен быть лучше, но я не проверял на практике, я сразу купил алюминиевый, к тому же он был дешевле. Радиатор печки от ВАЗ-2101 чудесным образом подошел по ширине корпуса InWin, кроме того, в пластмассовых креплениях отводящей/подводящей трубок очень быстро и классно нарезалась резьба под штуцеры. Я не стал ставить его в кожух, так лучше вентиляция, единственное я наклеил снизу полоски пористой резины, это подняло радиатор над корпусом и создало лучший поток воздуха. Эстетического вида он не портит, зато пыль очень удобно пылесосить :). Надо бы фильтр поставить, говорят хороший эффект дают обычные женские колготки - дёшево и сердито, как говорится.

ПОМПА

Сердцем всей системы охлаждения является водяная помпа, которая перекачивает воду.

Надёжность водяной системы охлаждения как раз зависит только от неё. Наиболее часто используют погружные аквариумные помпы средней производительности, они дёшевы и наиболее распространены. Их недостатками являются: питание от 220В, большая вибрация и ограничение температуры воды до 35 ^oC. Слухи о ненадёжности аквариумных помп является вымыслом, есть просто некачественные помпы от нерадивых изготовителей. Выбрать хорошую помпу проблема, фирменные дорогие и их оказалось не так просто достать. У нас, например, весь город завален дешевыми польскими AquaEL, о них как раз отзывы не очень лесные и характеристики у них странные. Лучшими помпами у народа считаются немецкие IHEIM, но они очень дороги.

Главные характеристики помпы - производительность (литров в час), и высота подъема воды (метры). Производительность сильно зависит от уровня, на который подымается вода(в характеристиках указывается производительность без учёта подъёма), например 700 л/ч на нулевом уровне превращается в 300 л/ч на уровне 30см, дальше ещё хуже. Для нормального охлаждения вполне хватит производительность 150л/ч в собранной системе (все компоненты в системе понижают производительность помпы). Для эксперимента я купил недорогую китайскую RESUN, модель SP-1200, производительность 700 л/ч, высота подъёма воды 0,8 м, мощность 12Вт, размеры 130x52x109. Проверив в ванной производительность помпы я убедился в правдивости слов китайцев :) Не стоит гнаться за мощными помпами, чем больше помпа, тем больше она будет нагревать воду в бачке. У меня для корпуса Inwin A500 высота подъёма уровня воды составила 35см.

РАСШИРИТЕЛЬНЫЙ БАЧОК

Я купил вот такую ёмкость для холодильника, объёмом 2.5 литра. Она просто шикарно стала в низ корпуса, даже не мешая винчестерам. Её размеры 175х175х125.

Для начала нужно модифицировать крышку - встроить заливное отверстие и отверстие для шнура. Заливное отверстие я сделал из верхней части пластиковой бутылки от витаминов, а для шнура - резиновая пробка от бутылочки с лекарствами. Хорошо бы ещё и сливное отверстие. Далее, проделываем дырки под штуцеры в корпусе ёмкости, лучше сделать это нагрев инструмент на огне. Штуцеры крепятся гайками с внутренней стороны и с обеих сторон промазываем герметиком. Немного о герметике. Сантехнический прозрачный силиконовый герметик оказался не лучшим вариантом, лучше пользовать автомобильный герметик, белый, непрозрачный, он обладает гораздо лучшими прилипающими свойствами, более эластичный и крепкий. Помпу необходимо оградить от стенок толстым слоем поролона или подвесить, иначе вибрация от помпы сделает ваши "очучения непередаваемыми".

После первого эксперимента соединения помпы и штуцера толстой силиконовой трубкой, я был в замешательстве. Гул от работы помпы был жутким, вибрировала вся ёмкость, вибрация могла передаваться только через соединение со штуцером, который жёстко крепится к корпусу. Надо было искать решение мягкой сцепки помпа-штуцер. Второй эксперимент производился в клизмой в качестве интерфейса, из-за своего объёма она успевала гасить вибрацию потока воды выбрасываемого помпой, что создавало часть гула. Результат был гораздо лучшим, но я не смог толком закрепить эту конструкцию, к тому же она с трудом помещалась в ёмкость. Третий эксперимент был более удачным, в плане сочетания конструкции и тишины. Я взял белый пенный материал, тот что подкладывается под материнские платы в коробке, и из него в 1,5 слоя сделал трубку, склеив клеем Момент, а швы промазав герметиком. Но толщина материала давала таки немного жестковатую конструкцию. Тогда я взял такой же материал, только более тонкий (в них упаковывают различные устройства). Склеив его в 2 слоя, я получил очень мягкую и гибкую трубку. Шум при работе исчез, остался слабо заметный на слух гул. Это была победа! :) Но не долгая :( После 30 минут работы трубка слетела, поскольку в воде материал немного растянулся. Пришлось применить хомуты с двух сторон трубки, а поскольку они могли заржаветь в воде, я их полностью залил герметиком. Конструкция оказалась надёжной, уже скоро год и всё работает как часы.

Жидкость в бачке. Как правило заливают дистиллированную воду, если залить обычную - она быстро зацветёт, все компоненты в системе перестанут работать эффективно из за налёта покрывшего их, а помпа вообще выйдет из строя. Для надёжности в дистиллированную воду можно добавить водку, спирт или автомобильную охлаждающую жидкость (лучший вариант). Дело в том, что антифриз нейтрален к алюминию и меди, с такой жидкостью можно сочетать два этих метала в системе, а с обычной водой они образуют гальванопару. Народ утверждает, что лучшей пропорцией является 1:3, у меня получилось 1:4 - 2 литра воды и 0.5 литра импортного антифриза. За 7 месяцев работы система остаётся чистой, несмотря на то, что в ватерблоке процессора у меня применены и медь и алюминий. А в начале экспериментов, в системе была залита обычная вода, за неделю всё в системе покрылось склизким налётом. В случае добавления антифриза надо быть аккуратным с протечками. У меня после переборки процессорный ватерблок потёк через 5 часов 100%-ой нагрузки. После промывки и просушки видеокарта отказалась запускаться, не помогло даже промывка её в водке, пришлось купить новую. А через неделю она чудесным образом заработала. А..., всё равно хотел новую купить :)

ВАТЕРБЛОКИ

Ватерблоки - это рабочий инструмент системы. Пожалуй, наиболее трудная в изготовлении деталь в системе. Как правило изготавливается из наиболее теплопроводного материала, для того, чтобы наиболее быстро передать тепло от чипа теплоносителю (воде). Самым дешевым из наилучших по теплопроводности материалом является медь. Незначительно лучше его - серебро, в два раза хуже - алюминий. Найти медные болванки таких размеров для многих оказывается достаточно трудной задачей. Я тоже долго мучался в поисках материала, кстати это заняло наибольшее время. Но потом я нашёл место, где с избытком можно найти все компоненты к системе - это, как у нас называют, "поле чудес" или блошиные рынки, где народ продаёт, то что у них завалялось со старых времён.

Вариантов конструкций ватерблоков жуткое количество. В интернете ветки конференций по поводу наиболее эффективной конструкции зашкаливают за тысячу страниц. Вообще конструкция ватерблока не сильно влияет на температуру процессора, но иногда важно и пару градусов. Мне было интересно попробовать несколько вариантов в разных частях системы. Я не претендую на звание "лучший ватерблок", просто я выбрал наиболее понравившиеся мне конструкции. Вот эти красавцы в проекте :)

Процессорный ватерблок

Самый важный ватерблок в системе (центральный на фотографии). Процессор, как устройство наиболее горячее требует и лучшего охлаждения. Я выбрал для реализации конструкцию типа "спираль", холодная вода попадает в центральную часть блока, при ударе в основание возникают турбулентные потоки, которые увеличивают отбор тепла от металла. Конструкция требует заводского изготовления, мне делали её на станке с ЦПУ, но некоторые умельцы умудряются делать такие вещи на коленке при помощи дрели. Скажу сразу, не люблю конструкции на "соплях", поэтому я не сторонник такого изготовления.

Я приведу ещё один процессорный ватерблок, занимающий в импортных обзорах первое место, кроме того он мне нравится и по конструкции и чисто эстетически.

Под центральным штуцером есть так называемый акселератор(фото справа), который усиливает поток воды именно на центральную часть блока. В комплект входят 5 акселераторов с разной шириной щели, можно подобрать оптимальный для себя :) Классная штукенция, всё сделано грамотно, к тому же вот Вам и разветвитель потока, жаль что стоит он как вся система охлаждения.

Ватерблок под чипсет

Чипсет - самый "холодный" чип в системе из всех. С пассивным радиатором он нагреется до 40-45 градусов, можно было бы на него вообще не ставить ватерблок, но если отводить тепло за пределы корпуса, то отводить, да и надёжность системы это должно увеличить. У меня для него получился самый простой ватерблок, он полностью (кроме штуцеров) изготавливается просто и быстро. Два квадратика оргстекла толщиной 10мм склеенных между собой представляют собой крышку. В одной части при помощи дрели и напильника делается сквозная дорожка типа "змейка", в другая представляет собой крышку с креплением для штуцеров. Крышка крепиться снизу по всему периметру винтами М3 с потайными головками. Я хотел изготовить такой блок для видео, но подумалось - оргстекло с температурами GPU... Как всегда, все щели лучше обильно залить герметиком.

Штуцера для ватерблоков

Их придётся точить, что тоже ограничивает скорость изготовления и увеличивает стоимость конструкции. Лучший материал - латунь, она менее подвергается окислению и коррозии, кроме того не будет конфликтовать с медным основанием ватерблока. У меня первые штуцера были сделаны из алюминия, хороши они тем, что очень легкие и проще достать материал для изготовления, в остальном их преимущества заканчиваются.

ТРУБКИ

Трубки силиконовые диаметром 10-12мм, в изобилии продаются на авторынках. Меньше - значительно увеличивается гидросопротивление, сильно нагружается помпа, падает её производительность. Больше, как правило, не позволяет свободное пространство, которое должно таки остаться после впихивания системы внутрь. Бывают армированные и нет. Армированные хороши тем что не заламываются на изгибах, плохи тем, что они толще примерно на 2мм. Трубки на штуцерах очень желательно зажать хомутами, пока вода холодная - трубки сидят плотно, но когда вода нагревается, может произойти и утечка воды, поэтому лучше перестраховаться.

Соединение ватерблоков может быть последовательное, параллельное и параллельно-последовательное. Опыт показывает, что параллельное включение не приносит какой либо ощутимой пользы, а вот недостатков у такой системы несколько. Первое, это необходимость дополнительных деталей - разветвителей. Второе - разветвленные контура могут иметь разное гидросопротивление и разный уровень, в этом случае, в контуре с меньшим сопротивлением вода пойдет бОльшим потоком, а в другом с меньшим. Нам это надо?

Медные трубки для конструкции можно найти на строительных рынках, где продают сантехническое оборудование. К сожалению, все сантехнические "причиндалы" имеют диаметр 14мм, для меня это много. Но, после долгих поисков, я смог таки найти 10мм трубку. С уголками под 10мм всё оказалось сложнее, я их до сих пор не нашёл, но они были, просто их перестали завозить (у нас, по крайней мере).

ТЕСТЫ

Тестовая конфигурация:

Плата : EPOX 8RDA3+ rev 2.0 - nForce2
Процессор : AMD Burton 2500
Твоздуха = 24°C

Стандартный режим процессора 1820Мгц=2500+, Vcore=1,65 В

Простой + S2Clk:

Нагрузка CPUBurn:

Нагрузка Sandra "Burn-in Wizard" CPU Arithmetic & CPU Multimedia Test:

Режим разгона процессора 2200Мгц=3200+, Vcore=1,8 В

Простой + S2Clk:

Нагрузка CPUBurn:

Нагрузка Sandra "Burn-in Wizard" CPU Arithmetic & CPU Multimedia Test:

Максимальная температура достигнутая при работе в реальных приложениях (соответствует результатам нагрузки в Sandra) - 45°C. Минимальная, когда вентиляторы работали на максимальной скорости, при такой же нагрузке 40°C. Шум при максимальных оборотах вентиляторов примерно соответствует шуму одного Titan CU5TB, при нём температура процессора доходила до 55°C. Итого минус 15°C. Если брать работу при минимальном шуме, то разница составляет уже 20°C, но шум от CU5TB был всё равно несоизмеримо больше.