Фреоновое охлаждение. Практические рекомендации по созданию «фреонки. Меньше начальные капитальные вложения

Экстремальное охлаждение... Низкие и сверхнизкие температуры... Умопомрачительный разгон процессора или видеокарты.. Мировые рекорды..
Кто из оверклокеров не мечтал об этих вещах, которые когда-то были удовольствием неординарным и дорогим. Сегодня же ситуация меняется - в интернете много информации на тему самодельных систем фазового перехода, и, при наличии желания и умения создать свою, личную, пусть даже по типичной схеме, пусть не самую производительную, но намного более дешевую "фреонку" может каждый, кто действительно этого захочет. Сегодняшний материал - яркий тому пример, достойный внимания и уважения!

Структура статьи такова:

1. Введение
2. Компоненты системы
3. Сборка системы
4. Вакуумирование и заправка
5. Практическая проверка самодельной системы фазового перехода
6. Тестирование системы, анализ результатов
7. Заключение

Введение

Фреонка! Как много в этом слове (особенно для знающих людей;))!
Уже несколько лет системы фазового перехода будоражат умы оверклокеров. Это - заветная мечта любого, ведь она позволяет открыть новые, доселе неведомые горизонты разгона. Сейчас ни один новый мировой рекорд по разгону компьютерных комплектующих не обходится как минимум без применения фреонки.
Несмотря на свою долгую историю, системы охлаждения на основе фазового перехода так и не стали массовыми. Причин тому есть великое множество. Так, если говорить о самодельных вариантах, то кого-то отталкивает сложность сборки, кого-то пугает конденсат и другие сложности в процессе эксплуатации. Немаловажным сдерживающим фактором является высокая цена, ведь стоимость серийных фреонок находится у отметки «1000 у.е», что для рядового оверклокера из постсоветского пространства - немыслимые деньги за охлаждение. Самоделки же, хоть и стоят в 3-4 раза дешевле, но все равно донедавна были уделом преимущественно обеспеченных людей и истинных фанатов разгона.
В данном материале я расскажу Вам, как собрать Систему Фазового Перехода своими руками и при этом потратить сумму, эквивалентную стоимости серийной СВО.

Компоненты системы

Приступим.
Основным донором для нашей фреонки станет старый кондиционер производства Бакинского завода. Вот так он выглядит:

…а вот его технические характеристики:

В кондиционере присутствует отдельная линия для охлаждения масла:

Пробный запуск показал полную работоспособность данного девайса. За несколько минут температура на испарителе опустилась до -7С:

Компрессор

Модель БК-2000 использует самый производительный из используемых в данных кондиционерах компрессоров. Это - среднетемпературный роторный ХГрВ 2,2-У2 мощностью 1100 Вт +5С (В БК-1800 и ниже используют ХГрВ 1,75-У2). Для всех кондиционеров БК родным является газ R22. Охарактеризовать данный компрессор можно так:

1. Огромная потребляющая мощность, - при запуске в квартире иногда мигает свет. Так что включать данный девайс одновременно с утюгами/чайниками противопоказано.

2. Шум. Производителем заявлено 60 Дб. О спокойной работе в таких условиях можно и не мечтать

3. Ощутимый нагрев компрессора во время длительной работы. Из-за этого в нём организована отдельная ветка для охлаждения масла. Напомню, что для роторных и поршневых компрессором немного различаются температурный порог для безболезненной работы, так для поршневых компрессоров - он находится в пределах 60-70 , а для роторного - 150-160 С.

Конденсатор

Конденсатор оставляем родной, чтоб не возиться с переделыванием линии охлаждения масла. Испаритель же отрезаем, промываем и сушим (он нам еще пригодится для будущих проектов;)).

Фильтр-осушитель и клапаны Шредера

Покупаем самый большой фильтр, так как компрессор старый, и наверняка внутри него собралось много различного мусора. Так как мы берём по минимуму, то вполне можно обойтись одним клапаном Шредера для заправки и вакуумирования:

Испаритель

Он был изготовлен на заводе, из медного цилиндра диаметром 50 мм и высотой 60 мм. Имеет 4 этажа c лабиринтами, по центру просверлено отверстие диаметром 2,5 мм - для капилляра. К сожалению, меди не осталось, и штуцер пришлось изготовить из латуни:

Вот он в разобранном состоянии:

Труборез

Можно обойтись и без него, используя ножовку, но, увы, она оставляет много стружки и заусениц, которые могут забить капилляр. Да и с труборезом намного легче управляться, разрез аккуратнее и его можно использовать в труднодоступных местах. Поэтому я и купил самый дешевый труборез:

Сделаю акцент на одной его особенности: он имеет пластмассовую рукоятку, которая от постоянной нагрузки очень быстро лопается. У меня она долго не выдержала, и, как достойная альтернатива, была использована ручка от маминого агрегата для консервации

Поэтому если не хотите лишних хлопот – будьте бдительны, и покупайте труборезы только с металлическими ручками.

Капилляр

Самым распространённым и используемым является капилляр диаметром 0,7-0,8 мм, но, увы, купить его в моём городе оказалось непосильной задачей. Обойдя все магазины, торгующие холодильной техникой, я смог найти только 0,9 мм. Задача расчета длины капилляра всегда индивидуальна, обычно для этого используют таблицу Гарри Ллойда, но, увы, в ней присутствуют только капилляры с диаметром 0,7 и 0,8 мм. Обратившись со своей проблемой в ветку «Немного экстрима или фреонка своими руками - 2» на форуме overclockers.ru, я получил в своё распоряжение программу "hlad 0.3.1", с помощью которой можно рассчитать необходимую длину капилляра.
Так как в базе данных моего компрессора нет, то основные данные были введены вручную. За объем прокачиваемого газа было взято 2,2 м3/ч. При температуре конденсации 50, и температуре кипения -30 градусов длина капилляра составила 4,1 м.

Отсасывающая трубка

Рассмотрим все возможные её вариации:

1. Медная трубка. Самый дешевый и надёжный вариант. Но есть один существенный минус - из-за плохой гибкости с ней трудно обеспечить хороший прижим испарителя к процессору.

2. Металлический заправочный шланг REFCO , идеальный вариант. Hесмотря на дороговизну, его преимущества налицо. Очень гибкий, длинный, удобный. Но найти его в продаже даже в Москве - задача весьма серьезная.

3. Желтый газовый шланг . Очень схож по свойствам с заправочным REFCO, это делает его выбором номер 2. Но имеет один существенный недостаток, - при минусовых температурах длина увеличивается на 20-30%.

4. Медная гофрированная трубка , используется при установке кондиционеров, ею заменяют медные трубки в местах крутых изгибов, где медь попросту ломается.

Самым доступным по цене является последний вариант. Найти эту трубку можно в магазинах, которые торгуют газовым либо холодильным оборудованием.

Горелка

Это, пожалуй, самый дорогой и важный инструмент, участвующий в нашей сборке. От неё зависит качество пайки и состояние нервной системы того, кто самостоятельно делает систему фазового перехода. Исходя из финансовой стороны Вашего проекта, можно из нижеприведенного списка выбрать агрегат себе по карману.

1. МАПП газ и горелка под него. Имеет температуру горения 1300 градусов цельсия, обладает достаточной мощностью для пайки трубок. Спаять испаритель им тоже возможно, но для этого объект пайки потребуется дополнительно разогревать на плите.
Цена:
горелка – в среднем 35 у.е, баллон – 12 у.е

2. Турбо-пропан. Состоит из специальной горелки и пропанового баллона. Неплохой вариант, имеет достаточную температуру горения для прогрева испарителя, но если испаритель достаточно массивный, опять же придется прибегнуть к помощи плиты. Цена горелки порядка 40 у.е.

3. Пропан-кислород.
Вот этой действительно «выбор джедая». С помощью этой горелки вы сможете паять всё - от ювелирной пайки маленьких деталей и швов до тяжелых и габаритных испарителей, конденсаторов и т.д.

Здесь я решил не экономить и взять по максимуму. Осмотр цен на готовые пропано-кислородные системы поверг меня в шок, за переносную горелку с пропановым баллоном на 5 л и 1 л кислородным, требовали от 120 до 140 у.е. Единственный выход - собирать самому по деталям. На барахолке были куплены: баллон от сжатого воздуха (6 у.е) на 1 литр, и 5-тилитровый пропановый (8 у.е). Баллон для сжатого воздуха был доставлен на заправочную станцию, где его освидетельствовали, перекрасили и заправили. Горелку я купил новую, из-за мизерной разницы в цене между б/у (10 у.е) и этой (14 у.е). Новый кислородный редуктор затянул на 18 у.е, а пропановый на 4 у.е. Ну и в довесок ко всему этому пришлось взять по 2 метра шлангов. В итоге получилась вот такая горелочка, общей стоимостью 50 у.е.:

Трубки

Изначально я не знал, трубки какого именно диаметра мне понадобятся, поэтому про запас взял по метру 6 мм, 8 мм, 10 мм и 12 мм:

Изоляция

Трубчатая изоляция представлена в любом магазине в широком ассортименте, а вот с листовой (для изоляция материнской платы) всё намного хуже. Купить её у нас в основном можно только заранее заказав, примерно по таким расценкам: за 1 квадратный метр толщиной 10 мм просят 16 у.е., а за столько же толщиной 25 мм - 34 у.е.
Поэтому было приобретено 2 метра обычного круглого K-Flex (15 мм - внутренний, 36 мм - внешний) для изоляции трубок:

А для изоляции материнской платы я купил трубчатую, но большого диаметра (10 см), и с толщиной стенки 15 мм. Преимущество её в том, что стенки тут достаточно толстые, и при разрезе из неё получается превосходная плоская изоляция:

Фреон

Для заправки системы у холодильщиков был куплен один литровый баллон фреона Р-22.

Заправочный шланг, манометры

Так как манометрическую станцию я не могу себе позволить, придется ограничиться заправочным шлангом.

Припой

Все детали в системе паялись 5% Харрисом. 3-х прутков с лихвой хватит для спайки всего контура и испарителя.

Сборка системы

Сперва я решил спаять испаритель. Так как это - один из важнейших элементов системы, то качество его пайки должно быть на высоте. За несколько минут горелка разогрела испаритель докрасна, и я нежно прошёлся прутком по соединениям. Припой очень быстро и легко заполнял все стыки, расползаясь по сторонам и порывая весь испаритель.
Чтобы проверить качество пайки, нужно опрессовать испаритель. Для этого впаиваем в него клапан Шредера (предварительно не забудьте выкрутить ниппель), надуваем фреоном и опускаем в ведро с водой. С первого же раза всё спаялось удачно и течей обнаружено не было.

После пайки на меди образуется толстый слой окалины, и не только снаружи, но и внутри, поэтому для безотказной работы его необходимо удалить.

Сделать это можно несколькими способами:

1. Промыть испаритель в концентрированной соляной или азотной кислоте.
2. Проварить испаритель в Coca-Cola.
3. Проварить его в растворе уксусной кислоты.

Вот так выглядел мой испариетль сразу после пайки...

А вот так - уже после процедуры очистки:

Через полчаса испаритель был чист, и я приступил к пайке отсасывающей трубки. Капилляр установился достаточно плотно, и я отрегулировал его так, чтобы он не доставал до дна 5-6 мм, и начал припаивать отсасывающую трубку. Правда, штуцер был из латуни, поэтому припой не «натекал» не него, и мне пришлось опять идти к холодильщикам, на этот раз за флюсом. С ним всё пошло как по маслу:

Пайка остальных деталей прошла быстро и без эксцессов.

Учтите, что фильтр нужно располагать под углом, чтобы фреон лучше стекал. Когда всё уже спаяно, полезно проверить систему на течи. Для этого заправляем ее небольшим количеством фреона и промазываем всё стыки мыльным раствором. Для большей надёжности я оставил систему с фреоном на двое суток. Через указанное время было установлено, что фреон всё еще был внутри и выходил с одинаковой интенсивностью.

Из-за горячего нрава данного компрессора для его охлаждения я решил использовать высокооборотистые советские вентиляторы типа ВН-2 общим количеством 4 штуки:

Одна пара втягивала воздух через конденсатор, другая же наоборот продувала его:

Вакуумирование и заправка

В домашних условиях самым доступным способом вакуумирования является использование в качестве вакуумного насоса старого компрессора. Но, увы, такового у меня не оказалось, поэтому я опять обратился к холодильщикам, и они с помощью вакуумного насоса REFCO за несколько минут откачали весь воздух из системы до глубокого вакуума.
Из-за большого размера конденсатора и наличия в системе ресивера, объем закачиваемого фреона достаточно велик (порядка 1 кг). В обычных фреонках этот число колеблется в переделах 300-400 грамм.
Ну что же - включаем систему, подсоединяем заправочный шланг, приоткрывая кран на баллоне на 4-6 секунд. После каждой «порции» подачи газа ждём 3-5 минут, и снова добавляем фреона. Когда испаритель начнет обмерзать, добавляем еще немного и прекращаем заправку.
Через 10-15 минут на испарителе у меня начала появляется иней, уже к 30 минуте отсасывающая трубка промерзла на 10-15 см от испарителя, а температура опустилась до «-47».

Что ж, отличный результат! Посмотрим, что будет с изоляцией. Заизолировать отсасывающую трубку особого труда не вызвало.

Включаем… и система за 15 минут выходит на -67!

Потрясающий результат. Правда, мы должны учесть несколько факторов.

1. Для работы под нагрузкой придется добавить фреона, соответственно температура повысится.
2. Мультиметр в роли термометра далеко не лучший вариант, уже после -50 он начинает местами неплохо врать, поэтому о реальной температуре мы может только догадываться. Но сам факт достижения значения «-67» очень греет душу.

Практическая проверка самодельной системы фазового перехода

Этап подготовительный - изоляция материнской платы

К изоляции материнской платы нужно подойти со всей ответственностью, ведь даже маленькая капля конденсата может привести к нестабильности в работе, а иногда и к выходу системы из строя.
Аккуратно замеряем расположение конденсаторов и прочих элементов на плате, и вырезаем под них отверстия в изоляции (в качестве последней используем разрезанную трубчатую изоляцию, о которой говорилось выше).
Вот фото прижимной пластины из оргстекла, для плотного прилегания изоляции по всей площади контакта с материнской платой:

Для изоляции околосокетной зоны не использовалась никакая диэлектрическая смазка – это оказалось ненужным, ведь у меня и так получилась стабильно работающая система.

Конденсаторы тоже были заизолированы, ведь они находятся очень близко к процессорному разъему. Из-за установленного испарителя во время работы они довольно «неплохо» промерзали и покрывались инеем.

Крепление для испарителя было сделано из 15 мм фанеры, так как она, в отличие от оргстекла, спокойно держит температуры порядка -50 градусов Цельсия и ниже, тогда как 15 мм оргстекло в таких условиях промерзает насквозь.

Дальнейшая проверка включенной системы показала полное отсутствие конденсата.

Испытание на железе

Из-за жесткости отсасывающей трубки было потрачено два дня на доработку крепления, так как изначально не было плотного контакта испарителя и процессора. После долгих мучений у меня всё-таки получилось обеспечить нормальный прижим испарителя к процессору.

Не смотря на то, что основание испарителя отшлифовано «на коленке» с помощью пасты ГОИ и мелкой наждачной бумаги, как видите, добиться зеркального отражения довольно легко.
Для обдува околосокетной зоны и перестраховки против возникновения конденсата использовался агрессивный 120-мм вентилятор:

Сначала меня немного беспокоила вибрация, которая отчетливо передавалась во все стороны по полу на расстоянии 3-х метров от собранной системы, ну и, конечно, немного трясло испаритель. Правда, на стабильность это ни коим образом не повлияло, поэтому испытания проходили в режиме «чем богаты, тем и рады».

Ну что же нам делать с системой фазового перехода? Конечно, применять для разгона компонентов системы! Теперь стабильной для процессора стала частота 3050Мгц:

Вот так выглядела собранная система в рабочем состоянии, на фото – меряем датчиком температуру испарителя при проходе 3DMark01:

В тестах типа 3DMark01, SuperPI, SienceMark, RenderBench и так далее температура испарителя держалась в пределах -35 градусов, при более тяжелых нагрузках (типа s&m) она поднималась примерно до нуля.

Процессор попался средненький, поэтому из него получилось выжать только Russian Record (WR равен 3207Мгц). А жаль, ведь до мирового не хватило всего 29 МГц! 3178 МГц - предельная частота для моего процессора, при которой сохранялась какая-то стабильность в данных условиях:

Тестирование системы, анализ результатов

Конфигурация тестового стенда:

• Процессор: АMD Athlon 64 3000+, 2.0 GHz, 1.40 V, 512 Kb (Venice, E6);
• Материнская плата: DFI LP UT nForce3 250Gb;

Подводя итог по тестовой части, следует отметить вполне закономерный рост производительности системы в зависимости от частоты центрального процессора, который можно изобразить с помощью линейного графика.
Может, для повседневного использования именно с этой фреонкой именно этой системы не так и много, но в бенчерских целях ничего лучше не придумаешь!

Заключение

Для начала - подведем итоги по стоимости самодельной системы фазового перехода в моем случае:

• кондиционер - 30 у.е
• фильтр - 3 у.е
• клапан Шредера - 1 у.е
• испаритель - 15 у.е
• труборез - 6 у.е
• капилляр - 8 у.е
• трубки - 8 у.е
• горелка - 50 у.е
• заправочный шланг – 8 у.е
• фреон - 6 у.е
• изоляция - 8 у.е
• припой - 3 у.е

всего: 144 у.е.

Фактически за сумму, равную стоимости хорошей покупной системы водяного охлаждения, можно получить отличный инструмент, который намного больше, нежели СВО, поможет любому оверклокеру в битве за рекорды.
Правда, есть у медали и вторая сторона.

Для комплексной оценки проведенной работы и полученного результата можно выделить следующие основные моменты:

плюсы -

• дешевизна;
• возможность получать сверхнизкие температуры на процессоре, благодаря чему достичь новых высот при разгоне;
• моральное удовлетворение от проделанной работы;)

минусы -

• огромное энергопотребление;
• большое тепловыделение (правда, зимой этот минус превратится в неплохой плюс:));
• вибрация всей системы в целом и испарителя в частности (присутствует в конкретном случае только из-за особенностей примененного компрессора);
• слишком большой для нормальной работы шум системы.

Да, эту систему фазового перехода из-за перечисленных отрицательных черт нельзя использовать при работе за компьютером на протяжении длительного времени. Тем не менее, результатом лично я остался очень доволен - масса удовольствия от процесса работы и результата и возможность поработать на экстремальных частотах этого стоят!
Ну и не стоит забывать, что это - первый опыт в построении самодельной фреонки, который, безусловно, удался!

Желаю всем удачи и низких температур!

У Вас есть пожелания, критические замечания по данному материалу? Его обсуждение ведется .

Который проводит фирма Gigabyte. Требовалось написать обзор корпуса 3D Aurora. Я сначала согласился, а потом, когда прикинул что к чему, призадумался. Ведь я же не профессиональный писатель обзоров, к тому же серийными корпусами не пользуюсь уже года как три, как минимум. И если честно и пристально посмотреть правде в глаза, становится кристально ясно – писать этот обзор совершенно неинтересно и, естественно, ужасно не хочется. Я уже хотел звонить и отказываться, но все откладывал и откладывал. Прошло какое-то время, и обещание самым естественным образом забылось.

Две недели назад до меня все же дошла очередь на получение корпуса. Я так "обрадовался", что дня три не открывал коробку. Но чувство долга в конце концов победило, и я заглянул внутрь. Скажу сразу: удивительно, но кейс мне понравился. Первое, что поразило, – это размеры: высота 54.5, глубина 51.5, а ширина обычная – 20.5 см.

Корпус выпускается в двух цветовых решениях, черном и серебристом. Мне достался черный вариант. Корпус позиционируется как high-end решение и не комплектуется блоком питания.

На меня эта черная громадина сразу произвела впечатление своим стильным, запоминающимся видом. Дизайнеры поработали на славу. Корпус хотя и большой, но легкий. Изготовлен почти целиком из алюминия. Покраска качественная, ровная, с шелковистым отблеском.

Доступ к пяти 5.25" отсекам и двум 3.5" открывает массивная алюминиевая дверка. Фиксируется дверка в закрытом положении магнитом. В качестве защиты от распоясавшихся злоумышленников эту дверку можно закрыть на ключ. Рядом с 3.5" отсеками расположены кнопки Power и Reset. Нажатие легкое, с приятным на слух легким щелчком.

Ниже дверки располагается выступающая панель, усыпанная вентиляционными отверстиями. За ней расположен 120-мм вентилятор с подсветкой. Воздух внутрь корпуса он втягивает через пылезащитный фильтр. Свет от вентилятора очень красиво пробивается сквозь вентиляционные отверстия.

Справа от этой панели, на боку, расположены два USB, один IEEE 1394 и пара mini-jack"ов: микрофон и наушники. Здесь же расположены и два светодиодных индикатора работы системного блока и активности HDD.

Вот внешний вид корпуса со снятой лицевой панелью

Алюминиевые боковые стенки имеют непривычное крепление. Для того чтобы их снять, стенки нужно не сдвигать, а немного оттянуть и приподнять вверх. Левая стенка для удобства оперативного снятия имеет ручку-защелку и еще один замок с ключом. Имеется в ней также и окно, но не традиционное, из акрилового стекла, а сетчатое, скорее даже дырчатое. Для дополнительной защиты внутренностей от пыли это окно ограждено изнутри еще более мелкой сеткой. Стоит корпус на четырех ножках, которые для устойчивости корпуса можно раздвинуть.

Шасси корпуса довольно крепкое благодаря большому количеству ребер жесткости и дополнительным усиливающим элементам. Нет ни намека на шаткость конструкции. Внутри корпуса много свободного пространства, особенно понравилось большое расстояние между материнской платой и отсеком блока питания.

Корпус рассчитан на безотверточную сборку. Дисководы устанавливаются с помощью пластиковых салазок. Заглушки слотов карт расширения не выламываемые, а съемные, и крепятся все одновременно специальным рычагом-ключом.

Отсек для жестких дисков расположен поперек корпуса. Комфортную температуру винчестерам обеспечивает обдув этого отсека 120-мм вентилятором. В этом же отсеке расположен черный пластиковый бокс, содержащий два переходника питания для SATA-устройств, набор пластиковых салазок для установки 5.25" и 3.5" устройств в корпус, два пластмассовых крепежа для проводов, два комплекта ключей (разных) для передней дверцы и боковой крышки и комплект крепежных винтов.

Провода, идущие внутри корпуса от вентиляторов и лицевой панели, прикреплены к корпусу и уложены в черную трубку. Трассировка довольно удачна.

А теперь о том, что привлекло мое внимание к этому корпусу. Это, как ни странно, задняя панель.

На ней расположены два 120-мм прозрачных вентилятора с подсветкой. Ниже находятся два отверстия, защищенных резиновыми заглушками с лепестками. Сделано это для установки системы водяного охлаждения 3D Galaxy, производства все той же Gigabyte. Вот эти вентиляторы и отверстия превратили скучную процедуру написания обзора в увлекательное занятие.

Когда я увидел эти два 120-мм вентилятора на задней стенке корпуса, то мне сразу вспомнилась давняя идея встроить самодельную фреоновую систему охлаждения в стандартный корпус. Хотелось не просто встроить систему в корпус, а сделать это красиво, интересно и по возможности оригинально. Но я все никак не мог найти подходящий корпус, большой и прочный. Как-никак, компрессор, конденсор и прочие медные трубки весят прилично. К тому же компрессор при работе вибрирует. И, конечно, кроме прочностных ограничений хотелось, чтобы кейс стильно выглядел. 3D Aurora как раз и отвечал всем этим требованиям.

Все фреоновые системы, которые мне встречались, строились как блок, на котором стоит стандартный корпус. В дне корпуса приходится прорезать отверстие под испаритель. Но при такой компоновке отверстие должно быть приличных размеров. Калечить качественный корпус не хотелось, а здесь почти готовое решение.

Сразу начали вырисовываться контуры системы. Если разместить снаружи корпуса, напротив вытяжных вентиляторов, конденсор, то он будет ими отлично охлаждаться, заодно вентилируя корпус. Через готовые отверстия, предназначенные для трубок водяного охлаждения, прекрасно можно пропустить медные соединительные трубки системы. Остается только компрессор. Куда поместить его?

Недавно, экспериментируя со своей целиком самодельной фреоновой системой...

Я с удивлением обнаружил, что прекрасно слышу шум помпы, установленной в системе водяного охлаждения чипсета материнской платы. До этого я, как человек, избалованный бесшумностью своего основного компьютера ...

Считал фреонки ужасно шумными устройствами. Обычными воздушными кулерами я тоже давненько не пользовался, поэтому сравнивать было не с чем. А тут оказалось, что сквозь шум от двух не самых слабых компрессоров отчетливо слышна помпа производительностью 700 л/ч. Выходит, компрессоры шумят не так уж и сильно!

Так почему бы тогда не расположить компрессор просто на крыше корпуса? Это улучшит его охлаждение. Как выяснилось, шум от компрессора не так уж и велик. Прочности корпуса от Gigabyte для такой цели более чем достаточно. И я приступил к осуществлению задуманного.

По решению представителей фирмы Gigabyte корпус одновременно является и призом победителю конкурса. Я, естественно, пока таковым не являюсь и должен возвратить изделие неповрежденным. Поэтому задача несколько усложнялась.

Из-за этих ограничений я прикрепил компрессор L57TN не к верхней крышке корпуса, а к алюминиевой платформе, потихоньку открученной от гладильной доски. (Потом пришлось объяснять супруге, что штукенция эта, скорее всего, отвалилась сама, упала на пол в кладовке и, естественно, куда-то завалилась. Потом она, конечно, найдется... Но не буду отвлекаться.) Платформу эту с установленным компрессором через прокладку из пенофола я и поставил на крышу корпуса. Заодно это должно снизить вибрацию от работающего компрессора.

Теперь о конденсоре. Конденсор, чтобы не мешать подключению устройств к материнской плате, должен быть не шире 120-мм вентилятора, а по высоте соответствовать двум таким вентиляторам. Готовый такой не подобрать, но можно попробовать сделать самому.

Простейший конденсор можно изготовить, намотав спиралью обычную медную трубку. Но спираль имеет большие габариты. Поэтому я сделал из дерева шаблон плоской спирали и уже на него намотал медную трубку диаметром 6 мм.

По бокам спирали припаял медную проволоку с крепежными колечками, соответствующими крепежным отверстиям вытяжных вентиляторов. После я прикинул, как это будет размещаться вживую.

Крепить испаритель и всасывающую трубку к системе я решил на развальцовке. Соединительные муфты легко проходят в отверстия корпуса.

Чтобы не повредить корпус горелкой я, что смог, спаял отдельно от корпуса. Капиллярную трубку смотал в бухту, а последнюю часть пропустил через всасывающую трубку в испаритель.

Испаритель я применил самодельный. Сделан он из половинки серийного кулера Volkano7+.

Так выполняется развальцовка:

В качестве всасывающей я применил обычную медную трубку диаметром 10 мм. Не стал применять сильфон из нержавейки из-за того, что размеры корпуса позволяют помещать в него материнскую плату и без сильного отгиба испарителя. Да и не известно, кто окажется первым в конкурсе – возможно, придется вернуть корпус. Поэтому нестись в магазин за сильфоном я посчитал неразумным.

Вот что получилось.

Чтобы точнее подогнать размеры трубки, пришлось поставить в корпус материнскую плату.

Система собрана, спаяна и опрессована – пора приступать к теплоизоляции. Испаритель я изолировал полосой 3-мм пенофола, приклеив его на двусторонний скотч.

Предварительно я прикрепил к испарителю датчик от электронного термостата Dixell XR20C. На этом же устройстве будет построена и автоматика включения компьютера. Фреоновой системе для охлаждения процессора до определенной величины нужно время, иначе прилично разогнанный процессор может просто перегреться. Вышеуказанное устройство и обеспечит автоматическое включение компьютера по достижении определенной температуры на испарителе, значение которой можно установить вручную.

Существует целый ряд подобных устройств. Для использования в качестве автоматики они требуют минимальной доработки. Я использовал простейшее устройство, содержащее только контакты управления компрессором.

Работает прибор следующим образом. После включения устройство самодиагностируется, после чего замыкает контакты, которые по замыслу конструкторов и включают компрессор. По достижении на датчике определенной температуры размыкают контакты, отключая тем самым компрессор. После того как температура повысится, цикл повторяется.

В нашем случае компрессор работает постоянно, и управлять им не нужно. И требуется не выключать, а включить компьютер по достижении определенной температуры. Для этого нужно инвертировать выход устройства. Люди, хорошо разбирающиеся в электронике, без труда сами могут составить такую схемку, например, на "логике". Я же покажу, как собрать подобную схему человеку, далекому от электроники.

Мне кажется, что проще всего это можно сделать на автомобильном реле.

У реле есть несколько контактов. Два контакта – контакты катушки электромагнита. При подаче напряжения на них электромагнит притягивает коромысло, которое и замыкает одну группу контактов, размыкая другую. В нашем случае нам нужны контакты, замкнутые при отключенном питании катушки электромагнита реле. Если включить реле подобным образом,

происходит следующее. При включении терморегулятор подает напряжение на реле. Контакты, отвечающие за включение компьютера, размыкаются и остаются разомкнутыми до момента, когда термодатчик зафиксирует температуру, необходимую для включения компьютера. Тогда контакты терморегулятора размыкаются, а в реле замыкаются.

Конденсатор с сопротивлением нужен для имитации работы кнопки включения компьютера. Работает эта цепь следующим образом. При замыкании контактов Power ON конденсатором в цепи потечет ток зарядки конденсатора – аналог нажатия кнопки Power ON. После зарядки конденсатора ток в цепи прекращается – аналог отпускания кнопки Power ON. Емкость конденсатора должна быть в пределах 200-400 мкФ, сопротивление 15-20 кОм.

Для работы такой автоматики необходим источник питания напряжением 12 вольт. Также для работы фреоновой системы необходим обдув конденсора вентилятором. А как они будут работать, если блок питания включится только после того, как система должна набрать заданный минус? Поэтому специально для автоматики и работы вентиляторов нужно ставить в корпус отдельный блок питания, выдающий 12 вольт постоянного тока. Назову его блоком питания дежурного режима. К нему и подключаются автоматика и вентиляторы.

Для данной системы я собрал самодельный блок питания, но можно было купить и готовый. Нужно только обратить внимание на максимальный ток нагрузки такого блока. Он в данном случае должен составлять не менее одного ампера.

Всю эту электрическую часть я поместил в корпус от Hardcano, заменив у того лицевую панель на обычную заглушку 5.25" отсека, выкрашенную в серебристый цвет. Все-таки в пластмассе вырезать отверстия гораздо проще, чем в алюминии.

На фотографии видно, что электромонтаж не закончен. Справа от терморегулятора расположен выключатель. С его помощью и включается компрессор, да и все остальное. После сборки устанавливаем блок в отсек и подключаем к нему все провода.

Монтируем все комплектующие в корпус. Под материнскую плату для теплоизоляции я поместил кусок листового пенофола. Толщину подобрал такую, чтобы винты, крепящие материнскую плату к шасси, немного сжали этот теплоизолятор. Между платой и пенофолом не должно быть воздушных пузырей, иначе из этого воздуха при работе системы охлаждения на плату может выпасть конденсат и замкнуть контакты платы. Для гарантированного исключения этого неприятного момента плату под прокладкой я промазал слоем технического вазелина.

По отпечатку термопасты примеряем прилегание испарителя к процессору. Испаритель к процессору я прижимаю с помощью резьбовых шпилек. Корпус, как уже говорил, сверлить нельзя, и пришлось прикрутить эти шпильки прямо к отверстиям в материнской плате. Тут приключилась пара неприятностей, о которых я расскажу в заключительной части статьи.

После этого заканчиваем теплоизоляцию. Осталось самое простое – теплоизоляция трубок. Берется трубчатый рубафлекс, разрезается вдоль ножницами, одевается на трубки и склеивается. Вот и все готово для заправки системы.

Заправляю систему фреоном марки R22. Подробнее о заправке и вакуумировании написано уже более чем достаточно, поэтому не буду отнимать время и описывать эту процедуру еще раз. Напомню только, что в системе использовался компрессор марки L57TN, длина капилляра 2.9 метра. Заправляю систему до промерзания всасывающей трубки до входа в компрессор.

Система без нагрузки выдает температуру -43.8°C.

Выключаю систему. Проверяю еще раз прилегание испарителя к процессору, оказавшееся не слишком плотным. Всасывающая трубка имеет приличную жесткость и немного пружинит. К тому же теплоизоляция на испарителе немного ниже самого испарителя. Сделано это для исключения попадания воздуха в щели теплоизоляции. Притягивать же сильно испаритель к процессору я боюсь. Шпильки-то прикручены не к шасси корпуса, а к материнской плате, и есть риск выломать их из платы.

Отпечаток термопасты получается несколько "однобоким", а верхний левый угол испарителя почти не касается процессора. Но что делать, будем пробовать как есть.

Включаю систему. По достижении температуры на испарителе –20 включается сам компьютер. Автоматика отработала успешно, операционная система загружается – все нормально.

Конфигурация установленного железа такова:

• процессор – AMD Athlon 64 3200+;
• материнская плата – DFI Lan Party UT nF4 SLI-D;
• видеокарта – Leadtek PX7800GT;
• память – Digma DDR500;
• жесткий диск – Seagate 160 Gb;
• блок питания – Hiper R type 480 W;
• термопаста – КПТ-8.

Первым делом проверяю систему на разгон процессора.

Но тут началась чертовщина. Дальше процессор почему-то гнаться отказался. Я снизил частоту опять до 3100 MHz, но Windows перестал грузиться. Еще более понизил частоту – опять то же самое. И тут я попробовал рукой прижать испаритель к процессору. Система загрузилась. Тогда я еще немного подтянул крепежные гайки. Система снова загрузилась при 3100 MHz, но тест S&M не проходила. Тогда я заглянул в BIOS. Там в разделе мониторинга температура процессора прыгала как гимнаст на батуте: то –14, то +14. Все ясно, причина в плохом прижиме испарителя к процессору. Видимо, от вибрации контакт процессор–испаритель меняется, и, как следствие, скачет температура, что и сказывается на стабильности работы системы.

Дальше подтягивать гайки уже откровенно страшно. Существует большая вероятность выдрать шпильки вместе с текстолитом платы. Но прижим все равно недостаточен. Выход только один: сверлить отверстия в шасси компьютера и сжимать процессор уже не между платой и испарителем, а между металлическим шасси и испарителем, без риска повреждения материнской платы. А сверлить корпус нельзя. Очень жаль, но придется остановиться на этом.

Теперь несколько слов о личных впечатлениях о работе системы. Плохой прижим испарителя – легко устраняемый дефект. Можно прямо по месту просверлить отверстия и закрепить все как следует. И если даже при плохом контакте операционная система загружается с частотой процессора 3100 МГц, то, скорее всего, при нормальном охлаждении этот результат увеличится. Теплоизоляция прекрасно справляется со своей задачей. Никаких следов конденсата не было обнаружено.

О шуме. Компрессор работает очень тихо. Если наклониться над ним и прислушаться, то слышен небольшой шелест. Основной шум исходит из открытого корпуса. Видимо, по нагнетающей трубке и через станину компрессора вибрация передается корпусу, и он издает низкочастотный гул. Я вначале был поражен, что шум идет не от компрессора, а из корпуса. Но потом разобрался, в чем дело. Судя по всему, для комфортной эксплуатации оклеивание корпуса виброшумоизоляцией обязательно.

Неплохо было бы привернуть ручки на верхнюю крышку корпуса. Вес корпуса за счет системы охлаждения увеличился, и передвигать его стало сложно. К тому же взяться не за что.

Также из-за размещения компрессора на верхней крышке корпуса центр тяжести системного блока поднялся. Поэтому теперь даже с разложенными ножками корпус немного неустойчив. Неплохо бы утяжелить нижнюю часть корпуса каким-нибудь балластом. Это поможет и снизить вибрацию корпуса.

Желательно укрепить верхнюю крышку корпуса – виброшумоизолировать и прикрепить компрессор непосредственно к ней. Также необходимо увеличить толщину резиновых прокладок, через которые конденсатор крепится к корпусу, и попробовать сделать амортизаторы между витками конденсора. Все это должно дополнительно снизить шумность системы. Хотя и в таком виде самым шумным компонентом системы является вентилятор видеокарты.

Если суммировать все вышесказанное, то мы получили удобный, качественный корпус с прекрасной вентиляцией и с возможностью встраивания не только водяной, но и фреоновой системы охлаждения. Можно сказать, мечта оверклокера. Когда смотришь на этот корпус, не оставляет чувство, что перед тобой солидная, добротная и вместе с тем красивая и стильная вещь.

Комплексное экстремальное охлаждение процессора и видеокарты
Процессор и видеокарту было решено охлаждать с помощью «фреонок», но места в корпусе оказалось не так много, чтобы разместить 2 системы, поэтому пришлось задуматься о системе на одном компрессоре с двумя испарителями. О том, что у меня получилось, вы можете прочитать в этой статье.
Теория фреонового охлаждения

Так как информации о фреоновом охлаждении в русскоязычном Интернете не очень много, то я кратко опишу основные понятия и принципы работы. Сразу замечу, что я не профессионал, никакого специального образования в данной области не имею и, всё чему научился — из форумов и статей. Поэтому кое в чём могу ошибаться. Итак, приступим!

Основными компонентами простейшей системы фреонового охлаждения являются: компрессор, испаритель, конденсер, фильтр, капиллярная трубка. Также необязательным компонентом может быть глазок, ну и хладагент (рефрижерант, фреон). Все части образуют замкнутый контур, по которому движется фреон.

Капиллярная трубка разделяет контур на две области — область высокого давления и область низкого давления. Компрессор перекачивает газообразный фреон на сторону конденсера, создавая в этой области высокое давление. При высоком давлении фреон начинает отдавать тепло и переходить в жидкое состояние. Жидкий фреон проходит через фильтр/драер. Дальше по капиллярной трубке фреон попадает в испаритель, в зону низкого давления. При этом фреон начинает активно испарятся, забирая тепло из окружающей среды. Компрессор прокачивает этот испарившийся фреон на сторону конденсера и цикл повторяется.

Компоненты системы

Компрессор
От выбора компрессора будет зависеть производительность системы, поэтому нужно знать хотя бы некоторые характеристики герметических компрессоров.

• Мощность (л.с.). Подходят компрессоры от 1/8 до 1 л.с. Если неизвестна мощность в л.с., то желательно найти производительность в ваттах.
• Температурный режим. Компрессоры делятся на высокотемпературные (HBP-High Back Pressure), средне- (MBP-Medium Back Pressure) и низкотемпературные (LBP-Low Back Pressure). Иными словами, рассчитаны на работу в системе, которая обеспечивает определённую температуру. Так как в данном случае необходимо достичь минимальной температуры, то больше всего подходят низкотемпературные компрессоры.
• Тип хладагента. Компрессоры изготовляются с расчётом на определённый тип фреона — разныё типы требуют разного давления. В зависимости от типа фреона в компрессорах используется разное масло.

Конденсер
Конденсер — это тот же радиатор, изготовленный с расчётом на более высокие давления. Так как для данной системы важен размер, то конденсер должен быть как можно меньше и при этом обдуваться вентилятором.

Фильтр/драер

Как следует из названия, драер фильтрует входящую жидкость от влаги, частиц и пыли, предотвращая забивание капиллярной трубки и выхода из строя компрессора.

Испаритель

Испаритель — это обычно медный блок с испаряющимся фреоном. Испаритель крепится к процессору и забирает от него тепло. Конструкция испарителя имеет много общего с тем же водоблоком — нужно попытаться достичь максимального внутреннего объема и испарения фреона прямо над ядром процессора.

Xладагент

Все охладители идентифицируются буквой R (refrigerant) и порядковым номером. Основное различие между хладагентами состоит в температуре перехода из жидкого состояния в газ.
Вот только некоторые, подходящие для использования в данном случае — R134а, R22, R12, R404а, R507. Также следует учитывать цену — некоторые низкотемпературные хладагенты достаточно дорогие для экспериментов.
У меня был выбор между хладагентами R134а и R290. Я остановился на R290 из-за более низкой температуры кипения.

Капиллярная трубка

Капиллярная трубка не единственное устройство, обеспечивающее разделение системы на две области (работоспособность системы), но она является наиболее надёжным типом трубок. С одной стороны лучше найти капиллярную трубку малого внутреннего диаметра (потребуется меньшая длина), но при этом увеличиваются шансы забивания ее частицами. Чтобы предотвратить это нужно обязательно ставить фильтр перед капилляром. Я использую трубку с внутренним диаметром 0.7мм.

Инструмент

Для сборки фреонки кроме обычного инструмента понадобится:

• пропановый паяльник, а лучше ацетиленовый или с IMAPP GAS;
• обычный припой, оловянный не подходит. Лучше найти с 15% (или более) содержанием серебра;
• манометры — один из обязательных аксессуаров при настройке системы, так как необходимо следить за давлением на обеих сторонах контура;
• инструмент для резки и изгиба медных трубок;
• вакуумный насос — если нет специального насоса (они обычно достаточно дорогие) можно использовать другой компрессор для создания вакуума в системе;
• теплоизолирующий материал — пенорезина и пенорукава для того чтобы не допустить выпадение конденсата.
• течеискатель — желательно, если вы хотите собрать герметичную систему с первой-второй попытки, а не с десятой (прим. LaikrodiZ)

Сборка

В данной системе я использовал такие компоненты:

• компрессор Embraco EMI100hlc мощностью 1 л.с.
• конденсер — перепаянный из автомобильного
• фильтр
• испарители — так как у меня нет возможности сделать испаритель самому, то пришлось покупать. Выбор был не большой — Baker’s CPU evaporator и Baker’s GPU Evaporator.
• всасывающая трубка — можно использовать и медную, но желательно, чтобы она была гибкая. Поэтому я купил трубки из нержавеющей стали, которые используются для подключения газовых плит. (Трубка должна держать давление как минимум 10 атмосфер и оставаться гибкой при температурах около -50 по цельсию! Уточните перед покупкой так как не все газовые шланги держат такие давления и температуры — прим. LaikrodiZ)

Вот как выглядит эта часть контура вместе (в самом конце работы над проектом я немного изменил разделитель):

И наконец, капиллярная трубка и кое-что из необходимого инструмента:

Корпус я взял, серверный Yeong Yang Cube Server Case YY-0221. Для отвода тепла от конденсера сначала пришлось сделать жалюзи в верхней крышке:

Затем все компоненты крепятся внутри и паяется контур:

После пайки систему нужно проверить на герметичность, вакуум и высокое давление.

Изоляция и крепления

Трубки изолировались специальным поролоном, испарители я поместил в пластмассовые корпуса (части пластиковых бутылок) и залил монтажной пеной.

Система контроля

После готовности контура, пришло время подумать о системе контроля «фреонки». Я не смог найти контроллер подобный тому, что используется в Prometeia, поэтому все пришлось собирать по частям.

Для того чтобы включать компьютер и фреонку вместе, я купил такой Relay Switch. В инструкции он описывался как устройство для запуска насоса водянок:

Но, конечно, запускать компьютер при разогнанной системе пока температура на испарителях не упадёт — не очень хорошая идея, поэтому была куплена ещё одна схема — CPU Delay Timer Kit.

Он позволяет задержать загрузку компьютера (при этом вентиляторы в системе работают). Время перед загрузкой выставляется от 1 секунды до 1часа.

Для вывода информации о состоянии системы используется LCD-дисплей Matrix Orbital LK204-24-USB. Из основных характеристик стоит выделить:

• USB интерфейс;
• подключение до 6 температурных датчиков;
• подключение до 6 вентиляторов (PWM Mode);
• возможность подключать LED’s, неонки и другие подобные устройства;
• всё контролируется программно, я использовал программу LCDC.

Вот как выглядит собранная система:

Два датчика температуры закреплены на испарителях

Тестирование и разгон

Конфигурация:

• AthlonXP 2500+ “Barton”
• Abit NF-7 Rev 2.0
• Geil Golden Dragon 2x256Mb PC3500 DDR
• Radeon 9700 PRO

Сначала я протестировал систему без нагрузки. Результат: температура на обоих испарителях опустилась до -51С. Без разгона температура держалась на уровне -43С для видео и -44С для ЦПУ:

Максимальная частота, на которой система работает стабильно (проходит все тесты):

Процессор: 2630MHz (219x12)@2.1V
Видеокарта: 400/680 (core/memory), без вольтмодов

При этом температура на испарителях держится -35-36С без нагрузки и опускается до -34С при загрузке системы. Подсокетный датчик показывает температуру на процессоре +11С, которая при нагрузке поднимается до +16С.

Выводы

Данная система имеет свои плюсы и минусы.

Сначала о недостатках:

• производительность фреонки с двумя испарителями ниже, чем при использовании двух отдельных контуров;
• в корпусе осталось очень мало свободного места (один 5.25" отсек и возможность разместить не больше двух HDD);
• испаритель видеокарты закрывает несколько PCI слотов, свободными остаются всего 2, в остальных можно использовать только низкопрофильные карты.

Плюсы:

• комплексное экстремальное охлаждение процессора и видеокарты с возможностью работы в режиме 24/7;
• низкий шум при работе системы;
• эстетичность;
• полный контроль состояния системы;
• наибольшим плюсом является компактность (all-in-one дизайн), ради этого и затевался данный проект.

Надеюсь, данный материал поможет тем, кто интересуется «фреонками» начать свои собственные проекты.

Дополнительно

Похоже, Россия становится не только "родиной слонов" и великих комбинаторов, но и местом рождения остроумных технических решений для современных высокопроизводительных вычислительных систем.

В начале двадцатого века паровозы доставляли пассажиров из Москвы в Санкт-Петербург за десять часов. При этом их КПД не превышал семи процентов. То есть использовалась только одна четырнадцатая часть энергии дров и угля, а остальные тринадцать обогревали атмосферу. Конструкторы тех лет придумывали самые изощренные способы, дабы сохранить тепло. Процессоры в современных серверных стойках тоже обогревают атмосферу, однако в данном случае конструкторы преследуют диаметрально противоположную цель - отвести от чипа как можно больше избыточного тепла.

Современные высокопроизводительные процессоры греются не хуже ламп накаливания; "топовые" модели производят до 130 Вт тепла, а порой и больше. Теперь представьте, что в одном сервере толщиной в один юнит (1,75 дюйма, около 4,4 см) может находиться два таких процессора, а юнитов в стойке - до сорока двух штук. Количеству выделяемых стойкой калорий позавидует иная тепловая пушка, обогревающая производственные помещения.

Но это не все трудности, встающие на пути инженеров-разработчиков высокопроизводительных систем. Вторая проблема - малый размер процессоров. Чтобы отвести тепло с небольшой площади радиатора, необходимо обдувать его очень большим количеством воздуха, а значит, вентиляторы должны быть высокопроизводительными и, как следствие, шумными.

Компания Cray - всемирно известная своими суперкомпьютерами, пошла по иному пути. Например, в модели ETA-10 была применена система охлаждения процессоров жидким азотом, что позволило вдвое повысить производительность. С эффективностью такой системы не поспоришь, однако ее цена заставляет задуматься даже военные ведомства. Так что применение этой технологии пока остается уделом сверхплотных и сверхпроизводительных систем стоимостью несколько сот тысяч и даже миллионов долларов.

Другой способ - закрытые кондиционированные шкафы, куда подается уже сильно охлажденный воздух. Но и здесь есть свои трудности. Во-первых, стоимость подобных шкафов и затраты на их эксплуатацию хоть и в разы меньше, чем у системы на азоте, тем не менее весьма высоки. Несмотря на кажущуюся простоту, приходится искать решения множества технологических задач, таких как равномерное распределение холодного воздуха в стойке, интенсивный отвод теплого воздуха, герметичность. Становится очень важным правильное распределение (не всегда совпадающее с желаемым) серверов внутри стойки и прочие тонкости. Да и КПД такой системы охлаждения тоже оказывается не на высоте: получается тройная передача тепловой энергии - сначала охлаждается фреон, который затем охлаждает воздух, а воздух, в свою очередь, охлаждает процессоры.

Специалисты российской компании Kraftway, изучив проблему, подумали: а зачем вообще нужен воздух в этой системе "теплых взаимоотношений"? И решили охлаждать процессоры сразу фреоном кондиционера.

Однако не все так просто. Подумайте, легко ли конфигурировать систему, насквозь пронизанную трубками с фреоном?! Поэтому было решено охлаждать не сами процессоры, которые располагаются в разных серверах по-разному, а сначала отводить тепло от раскаленных невероятной вычислительной мощностью ядер тепловыми трубками. То есть один ее конец располагается на самом процессоре, отбирая тепло, а другой - выводится на заднюю стенку сервера. Тем самым упрощается не только конструкция охладителя, но и процесс замены серверов: достаточно отвинтить тепловую трубку и вынуть корпус из стойки, не останавливая и не разбирая всю систему охлаждения.

Устройство тепловой трубки тоже заслуживает упоминания. Как известно, в них применяются самые разные теплоносители (вода, эфир, фреон). Однако большинство из них не обладают достаточной производительностью. Даже вода, несмотря на свою впечатляющую теплоемкость, не может справиться с той скоростью отвода тепла, которая требуется для современных процессоров. [Главная проблема - скорость циркуляции. Есть, однако, примеры и удачного применения воды. Компания Icebear System построила систему водяного охлаждения для стоек. Мне, правда, не приходилось встречать сообщений о ее реальных применениях. К тому же прототип этой системы был предназначен только для машин на базе процессоров Opteron]. Есть и другой момент: представьте, что трубка вдруг начнет протекать... это явно не обрадует электрические схемы материнской платы.

Применение фреона позволяет добиться необходимой производительности и безопасности. В случае протечки он тут же улетучивается, а теплоемкость его испарения сравнима с водой. Устроена трубка следующим образом. Жидкий фреон по капиллярной губке направляется к процессору, там, испаряясь, поднимается к "утюжкам" (рис. 2), прикрепленным к постоянно охлаждаемой металлической колонне (о ней будет рассказано ниже), в которых он охлаждается и, конденсируясь, стекает вниз в горизонтальную часть трубки, где благодаря капиллярному эффекту попадает обратно к ядру процессора. Далее - по кругу. Надежность такой замкнутой и герметичной системы очень высока.

Однако выведя процессорное тепло наружу, мы решили только половину задачи. Ведь его все равно нужно каким-то образом передать дальше, "на улицу". Тут и выступает на сцену вышеупомянутая колонна, к которой прикреплены горячие "утюжки" тепловых трубок. Несмотря на свой заурядный вид, она вовсе не является копией морозилки бытового холодильника.

Внутри этой прямоугольной тепловой колонны расположена медная трубка с массой мельчайших отверстий [Как утверждают разработчики, для их изготовления пришлось применить лазерное сверление, ведь диаметр отверстий не превышает нескольких десятков микрон], в которую специальная помпа подает хладагент [Используется опять же фреон, однако любителям природы не стоит волноваться, - применяется безопасная для озонового слоя марка хладона (HFC R142b)]. Протекая по трубке, фреон через отверстия разбрызгивается на внутреннюю поверхность колонны. Испаряясь на ней, он отбирает тепло у "утюжков" и уходит по трубке к основному компрессору [Вообще, "теплый конец" - это стандартный внешний блок сплит-системы кондиционирования воздуха], который может быть расположен далеко за пределами стойки (например, на улице вместе с радиатором охлаждения хладагента). Дополнительная помпа (рис. 1) понадобилась для того, чтобы регулировать нагрузку: стойка с серверами может быть заполнена только частично, и охлаждать колонну целиком - пустая трата энергии. С другой стороны, основной компрессор кондиционера работает на постоянных оборотах, и снижать их недопустимо, так как он может просто-напросто сгореть (можно вспомнить частые случаи перегорания компрессоров холодильников в сельской местности из-за пониженного напряжения). Поэтому оказалось рациональнее (хоть это немного и усложнило конструкцию) поставить дополнительную помпу непосредственно в стойке и управлять уже ее оборотами. Таким образом, инженеры продолжают бороться за общее повышение КПД системы.

Итак, получается двойная, а не тройная система охлаждения. Сначала нагревается непосредственно фреон, минуя воздушную стадию (нагревом корпуса трубок можно пренебречь), и уже он отдает тепло окружающему воздуху, причем далеко за пределами серверной стойки.

Если мы избавились от воздушного охлаждения процессоров, то нет необходимости в большом количестве вентиляторов внутри каждого сервера. По утверждению разработчика, для охлаждения всех оставшихся схем, включая жесткий диск и блок питания, достаточно лишь одного вентилятора на корпус. Это радикально снижает шум, что позволяет размещать такие стойки внутри рабочих комнат, не вынося их в специальные помещения.

Представители компании Kraftway очень неохотно отвечали на вопрос о возможной стоимости подобной системы. Ссылаясь на то, что пока существует только прототип и многие решения еще не вышли на стадию массового производства, говорить о конкретных расчетах слишком трудно. Однако мне удалось в приватной беседе выяснить, что ориентировочная стоимость в расчете на один процессор не должна превышать пятидесяти долларов (не забывайте, что речь идет о многопроцессорных системах с количеством чипов около сотни). Это, согласитесь, уже близко к цене обычных медных радиаторов и, разумеется, гораздо меньше стоимости систем на жидком азоте.

Похоже, Россия становится не только "родиной слонов" и великих комбинаторов, но и местом рождения остроумных технических решений для современных высокопроизводительных вычислительных систем. Возможно, недалек тот день, когда первые строчки знаменитого Top 500 будут занимать компьютеры, построенные именно у нас.

Из журнала "Компьютерра"

Третий в моем обзоре тип системы охлаждения, пожалуй, один из самых интересных, эффектных и эффективных.

Как я уже говорил, с законами физики не поспоришь. Рост тактовых частот и производительности современного компьютера неизбежно сопровождается повышением энергопотребления его элементов, следствием этого является увеличение тепловыделения. В свою очередь, это заставляет производителей создавать все новые и все более эффективные системы охлаждения.

Первый раз с такой системой я познакомился поздно – в конце 2006 года на выставке Home Interactive Technologies (HIT) в Питере. Тогда я участвовал в конкурсе моддинга и рядом с моим модом стоял мод парня, который сделал шикарнейший мод с применениям водяного охлаждения.

Система жидкостного охлаждения – это такая система охлаждения, в качестве теплоносителя в которой выступает какая-либо жидкость.
Вода в чистом виде редко используется в качестве теплоносителя (связано это с электропроводностью и коррозионной активностью воды), чаще это дистиллированная вода (с различными добавками антикоррозийного характера), иногда - масло, другие специальные жидкости.

Главная разница в использовании воздушного и жидкостного охлаждения заключается в том, что во втором случае для переноса тепла вместо нетеплоемкого воздуха используется жидкость, обладающая гораздо большей, по сравнению с воздухом, теплоемкостью.

Принцип действия системы жидкостного охлаждения отдаленно напоминает систему охлаждения в двигателях автомобиля - через радиатор вместо воздуха, прокачивается жидкость, что обеспечивает гораздо лучший теплоотвод. В радиаторах охлаждаемого объекта вода нагревается, после чего вода из этого места циркулирует в более холодное, т.е. отводит тепло.

Журчит ручей

Типичная система состоит из водоблока, в котором происходит передача тепла от процессора теплоносителю, помпы, прокачивающей воду по замкнутому контуру системы, радиатора, где происходит отдача тепла от теплоносителя воздуху, резервуара (служит для заполнения системы водой и прочих сервисных нужд) и соединительных шлангов.

Поверхность соприкосновения водоблока с процессором обычно отполирована до зеркального отражения, по уже озвученным мною причинам. Через знакомый термоинтерфейс водоблок крепится на охлаждаемый объект. Обычно он крепится с помощью специальных скоб, что исключает его возможность двигаться. Бывают водоблоки и для видеокарт, но явных отличий от принципа действия процессорных водоблоков нет – все различия в креплении и форме радиатора.

Одна из частых проблем обладателей систем жидкостного охлаждения это перегрев околопроцессорно-сокетных элементов материнской платы, которые могут греться ни чуть не хуже своего старшего брата. Связано это с тем, что обычно в таких системах отсутствует циркуляция холодного воздуха. Как этого избежать? Совет, пожалуй, один – выбирайте системы (совмещайте) с дополнительным кулером, который будет охлаждать остальные греющиеся силовые элементы.

Водоблок через специальные трубки соединяется с радиатором, крепиться который может как внутри системного блока, так и снаружи (например, с задней стороны системника). Второй вариант, пожалуй, предпочтительнее. Судите сами: больше свободного места внутри системного блока, более низкая температура окружающей среды положительно влияет на радиатор. Плюс он дополнительно обдувается корпусным вентилятором.

Резервуар для жидкости, или иначе, расширительный бачок, так же может находиться снаружи системного блока. Его объем в штатных системах варьируется от 200мл до литра.

Производители систем охлаждения стараются заботиться о своих пользователях и прекрасно понимают, что для хорошей системы охлаждения место найдется внутри не каждого системного блока. Тем более, нужно учитывать, что каждый производитель как-то хочет выделиться на фоне других. Поэтому существует огромный выбор внешних систем жидкостного охлаждения (понятное дело, что без соединительных трубок с радиатором на конце никак не пренебречь). Их не стыдно выставить напоказ; обычно внутри таких систем скрывается сразу все – помпа, резервуар, продуваемый вентиляторами радиатор. Но и стоят они, обычно, демонстративно дорого.

Итог по системам водяного охлаждения

Для чего же применять жидкостные системы охлаждения? Ведь если посудить строго, то обычных штатных кулеров всегда достаточно, в обычных условиях работы ПК (если бы это было не так, то их бы не ставили, а ставили системы жидкостного охлаждения). Поэтому чаще всего такую систему следует рассматривать с позиции разгона – тогда, когда возможностей воздушной системы охлаждения будет не хватать.

Другим плюсом жидкостной системы охлаждения является возможность ее установки в ограниченном пространстве корпуса. В отличие от воздуха, трубки с жидкостью можно задать практически любые направления.

Ну и еще один плюс такой системы – ее беззвучность. Чаще всего помпы заставляют циркулировать поток воды по системе, не создавая шума больше значения в 25 дБ.

Минус, как я уже отметил – зачастую, дороговизна установки.

Система охлаждения на элементах Пельтье

Среди нестандартных систем охлаждения можно отметить одну очень эффективную систему – на основе элементов Пельтье. Жан Шарль Атаназ - французский физик, открывший и изучивший явление выделения или поглощения тепла при прохождении электрического тока через контакт двух разнородных проводников. Устройства, принцип работы которых использует данный эффект, называются элементы Пельтье.

В основе работы таких элементов лежит контакт двух проводников с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт этих материалов, электрону необходимо приобрести энергию, чтобы он мог перейти в зону с бОльшей энергией проводимости другого полупроводника. Охлаждение места контакта полупроводников происходит при поглощении этой энергии. Нагревание же места контакта происходит при протекании тока в обратном направление.

На практике используются только контакт двух полупроводников, т.к. при контакте металлов эффект настолько мал, что незаметен на фоне явления теплопроводности и омического нагрева.

Элемент Пельтье содержит одну или несколько пар небольших (не больше 60х60 мм) полупроводниковых параллелепипедов - одного n-типа и одного p-типа в паре [обычно теллурида висмута (Bi2Te3) и германида кремния (SiGe)]. Они попарно соединены металлическими перемычками, которые служат термическими контактами и изолированы не проводящей плёнкой или керамической пластинкой. Пары параллелепипедов соединены так, что образуется последовательное соединение многих пар полупроводников с разным типом проводимости - протекающий электрический ток протекает последовательно через всю цепь. В зависимости от того, в каком направлении течет электрический ток, верхние контакты охлаждаются, а нижние нагреваются - или наоборот. Таким образом переносится тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаётся разность температур.

При охлаждении нагревающейся стороны элемента Пельтье (радиатором или вентилятором) температура холодной стороны становится ещё ниже.

Итог по элементам Пельтье

К достоинствам такой системы охлаждения можно отнести небольшие размеры и отсутствие каких-либо подвижных частей, а также газов и жидкостей.
Ложкой дегтя является очень низкий коэффициент полезного действия, что приводит к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур. Если включить термоэлектрическую пластинку без нагрузки (процессор не будет греться), то Вы рискуете стать свидетелем интересной картины – на элементе Пельтье, при охлаждении до точки росы, появится иней, который хлебом не корми – дай закоротить контакты.

Так же, если элемент Пельтье выйдет из строя, то будет еще одно зрелище – из-за отсутствия контакта между радиатором (или кулером) и процессора, последний моментально нагреется и может выйти из строя.

Элементы Пельтье еще обязательно найдут широкое применение, так как без каких-либо дополнительных устройств они легко позволяют получить температуры ниже 0°C.

Системы фазового перехода (фреоновые установки)

Чувствуете, как читая текст, становится все холоднее и холоднее? Еще бы – медленно, но верно спускаемся в диапазон низких температур.
Сейчас мы рассмотрим не очень распространенный, но очень эффективный класс систем охлаждения – системы, хладагентом в которой выступают фреоны. Отсюда и название – фреоновые устанвоки. Но более правильно было бы называть такие системы системами фазового перехода. На принципе действия таких систем работают практически все современные бытовые холодильники.

Но давайте по-порядку. Один из вариантов охладить тело - заставить вскипеть на нем жидкость. Для перехода жидкости в пар, необходимо затратить энергию (энергия фазового перехода) – то есть закипая, жидкость отбирает тепловую энергию от окружающих ее предметов. Но мысленно возвращаясь в стены школьного кабинета физики, мы вспомним, что при текущем давлении мы не сможем нагреть жидкость выше температуры ее кипения. Кто из нас показывали друзьям такой фокус – наливая сок в пластиковый стаканчик и держа под дном стакана пламя? Можете попробовать - никаких катаклизмов не произойдет, пока весь сок не выкипит;)

Всем известная Википедия трактует слово «Фреоны» как галогеноалканы, фторсодержащие производные насыщенных углеводородов (главным образом метана и этана), используемые как хладагенты. Кроме атомов фтора, в молекулах фреонов содержатся обычно атомы хлора, реже - брома. Известно более 40 различных фреонов; большинство из них выпускается промышленностью. Фреоны - бесцветные газы или жидкости, без запаха.

Если же взять такую жидкость, которая будет закипать, скажем, при -40°С, то сосуд, в котором свободно кипит эта жидкость (такой сосуд называют испарителем), будет очень сложно нагреть. Его температура будет стремиться к -40°С. А поставив такой сосуд на нужный нам объект охлаждения (например, на процессор), мы сможем добиться того, чего и хотели – охладить систему.

Но понятное дело, лазить с определенным интервалом под стол и заливать жидкость в испаритель никто не будет – нужно из пара жидкости опять получить саму жидкость, которая будет снова подаваться в испаритель. Вот Вам пища для самостоятельных размышлений.

Ладно-ладно. В результате размышлений вы должны прийти к схеме следующего вида: мощный компрессор после испарителя качает газ и подает его под большим давлением в конденсор. Там газ конденсируется в жидкость и отдает тепло. Конденсор, выполненный в виде радиатора, рассеивает тепло в атмосферу – этот этап мы уже хорошенько рассмотрели в предыдущих системах. Далее жидкий фреон поступает к испарителю, где выкипая, отбирает тепло – вот и весь замкнутый цикл. Цикл «фазовых переходов» потому так и назван - фреон попеременно меняет свое агрегатное состояние.

Системы фазового перехода, испарители (холодильники) которых устанавливаются непосредственно на охлаждаемые элементы, называются системами «Direct Die». Холодными в такой системе являются только сам испаритель и отсасывающая трубка, остальные же элементы могут иметь комнатную температуру или выше. Холодные элементы нужно тщательно теплоизолировать для предотвращения образования конденсата.

Минусом фреонок является относительная громоздкость испарителя и отсасывающей трубки, поэтому объектом охлаждения выбираются лишь процессор и видеокарта.

Есть и еще одна разновидность систем охлаждения, о которой я пока не упомянул – чиллеры. Этот класс систем состоит в основном из систем жидкостного охлаждения, отличием же является наличие второй части (холодильника теплоносителя), которая работает вместо радиатора – зачастую эта часть является той самой системой фазового перехода. Достоинством такой системой является то, что ей можно охладить все элементы системника, а не только видеокарту и процессор (в отличие от «direct die»-систем). Система фазового перехода чиллера охлаждает лишь теплоноситель системы жидкостного охлаждения, то есть в замкнутом контуре течет очень холодная жидкость. Отсюда и минус систем такого типа – необходимость изолирования ВСЕЙ системы (водоблоки, трубки, насосы и т.п.). Если же изолировать не хочется, то можно использовать маломощную фреоновую установку для чиллера, но тогда об экстремальном разгоне можно будет забыть. Тут уж выбирайте, Вам шашечки или ехать.

Итог по фреонкам

К блестящей стороне медали можно отнести возможность достижения очень низких температур, возможность постоянной работы (в отличии от системы, которая рассмотрена далее). Высокий КПД системы (потери минимальны). Из постоянных систем охлаждения, фреонки – самые мощные. При этом они позволяют выносить тепло из корпуса, что положительно сказывается на температурах внутри него.

К стороне медали, намазанной дегтем, относятся такие особенности системы, как сложность изготовления такой системы [ серийно выпускаемых систем не так много, цены сопоставимы со стоимостью запуска шаттла;) ]. Небольшой вес и маленькие габариты – все это в полной мере отсутствует в установках данного типа.

Условная стационарность системы. Практически во всех случаях (кроме тех случаев, когда Вы не планируете заниматься экстремальным разгоном) – потребуется теплоизоляция всей системы. Ну и самый, пожалуй, негативный момент – более чем ощутимый шум от работы (50-60 дБ).

Еще одним минусом фреонок является то, что на покупку фреона нужна лицензия. У кого ее нет, выбор не велик: в свободной продаже есть только один - R134a (точка кипения которого -25°С).

Существует еще один хладагент - R290 (пропан), но сейчас он не используется в охладительных системах (возгораемость). Он обладает очень хорошими свойствами: точка кипения -41°С, совместим с любым маслом компрессора и главное, дёшев.
Одевайте варежки, «слоники» и шапки с шубой - мы добрались до самого холодного момента в этой статье.

Система экстремального охлаждения

Ну и в завершающей главе моей сегодняшней статьи станут системы, в качестве хладагента в которых используется жидкий азот.

Жидкий азот представляет собой прозрачную жидкость, без цвета и запаха, температурой кипения (при нормальном атмосферном давлении) которой равна ни много ни мало -195.8 градусов по Цельсию! Для хранения жидкого азота применяют специальные резервуары - сосуды Дьюара объемом от 6 до 40 литров. Тут вот Word подсказывает, что 40 литров это еще и 70.39 английских пинтов, 84.52 американских, 10.56 галлонов или 42.46 квартов;)

Установки данного типа предназначены только для экстремального охлаждения, в экстремальных условиях. Одним словом, при разгоне.

Всем по стакану

Системы с жидким азотом не содержат никаких помп (температура, знаете ли, не располагает;) или других подвижных элементов. Она представляет из себя высокий металлический (медный или алюминиевый) стакан с дном, который плотно соединяется с центральным процессором. Достать такую штуковину не так-то просто (хотя что в наше время не купишь?) – поэтому умельцы зачастую делают его самостоятельно.

Основной проблемой при разработке стакана является обеспечение процессора при полной нагрузке минимальной температурой. Ведь теплопроводные свойства жидкого азота сильно отличаются от той же воды. Он берет лишь тем, что «промораживает» стенки стакана, позволяя охладить процессор до температуры ниже 100 градусов. А так как тепловыделение камешка в простое и в режиме полной нагрузки отличается достаточно существенно (а скачки происходят мгновенно) - стакан часто не в состоянии вовремя эффективно отвести тепло. Для современного процессора оптимальной температурой является -110-130 градусов. Да, подойдет не любой термоинтерфейс. DeDaL советует AS ceramique.

После изготовления стакана, его (и материнскую плату) нужно тщательно теплоизолировать, чтобы конденсат, который неминуемо образуется от такого перепада температур, не замкнул какие-нибудь контакты на материнской плате. Обычно используют различные пористые и пенистые материалы, например вспененный каучук – неопрен. В несколько слоев обматывают отрезанным куском, после чего закрепляют тем же скотчем.

С изоляцией материнской платы несколько сложнее. Чаще всего поступают так – заклеивая разъемы, все «заливают» диэлектрическим лаком. Причем, с обратной стороны материнской платы такую процедуру тоже нужно проделать – в районе процессорного сокета. Такая лакировка абсолютно не мешает работе платы (хотя, вы автоматически лишаетесь гарантии – так, на всякий случай, если еще не лишились) – но зато вы почти гарантированно исключаете возможность пострадать от протекания жидкого азота.

Махмуд, поджигай!

Дальше все просто. После того, как Вы тщательно соберете все компоненты, можно приступать. С помощью какой-то промежуточной емкости (например, термос или какой-то другой теплоизолированный стакан) наливаете азот в стакан на материнской плате, после чего можете мучить свою систему, например, проведением забугорского синтетического теста;)

Кстати о тестах – вот список тех бенчмарков, которые официально приняты:
- 3Dmark 2001
- 3Dmark 2003
- 3Dmark 2005
- 3Dmark 2006
- Aquamark 3.0
- Super Pi как самый фундаментальный
- Pifast

Для часа работы компьютера достаточно 4-5 литров азота. Заливать в стакан нужно примерно до половины, причем постоянно поддерживая этот уровень.

Достать азот в наше время не является нерешаемой задачей. На каком-нибудь заводе вам его отпустят по цене рублей в 30 за литр. Попробовать купить его можно и в различных медицинских учреждениях. Естественно, нужно везде заранее созваниваться и все узнавать!

Что будет, если азот попадет на какую-либо часть тела? Смотря на какую. Если в глаза – пиши-пропало. Если же немного прольется на руку – ничего страшного не случится. Дело в том, что на поверхности кожи азот сразу закипает, благодаря этому между рукой и азотом образуется воздушная прослойка. Но все в этом мире не вечно… поэтому купаться и даже умываться крайне не советую. Устрашающего вида теплоизоляционные перчатки на руках тех, кто работает с азотом – это чаще всего просто требуемая техника безопасности, за несоблюдение которой больно ругают.

Что является недостатком такой системы охлаждения? Мне кажется, тут все очевидно. Вряд ли кто-то будет спокойненько серфить интернет или моделировать что-то, пусть и ресурсоемкое. Систему с азотом нельзя собрать в небольшую системку под столом и чтобы она там сама по себе стояла. Говоря иначе, такое охлаждение не подходит для решения бытовых задач – нужен постоянный и ответственный контроль, все нужно стараться делать тщательно и без ошибок.

Но зато как элегантно и демонстративно это со стороны…;)

Морозная свежесть

Итак, самое время подвести итоги. Мы узнали, что является самым главным нагревателем в компьютере - это центральный процессор, он же камень. После камня друг за другом идут видеокарта, чипсет материнской платы, жёсткий диск, системная память и различные платы расширения. Практически всегда и на всех компонентах компьютера, требующих охлаждения, оно(охлаждение) уже установлено и для штатного режима работы его вполне достаточно. Если Вы не собираетесь разгонять компьютер, то и модифицировать систему охлаждения Вам не имеет смысла.

Основное, что нужно помнить – что обязательно нужна вентиляция внутри корпуса, т.к. холодный воздух, приходящий из окружающей среды, для той же видеокарты будет намного полезней, чем установка или замена идущего в комплекте кулера на более дорогой.

Если же в Ваши планы входит разгон, то всегда нужно помнить 4 простых правила, однажды кем-то озвученных:

1. Всегда есть вероятность схода с дистанции каких-то участников мероприятия, по разным причинам - начиная от неправильных действий разгоняющего и кончая неправильными действиями производителя, не предугадавшего, что вот именно данная конкретная железка пойдет В РОССИЮ и там ее однозначно будут эксплуатировать на различных нештатных режимах.

2. Гарантии (и возможности продать это оборудование как исправное) в таком случае вы скорее всего лишаетесь, и винить в этом вы будете вынуждены только себя.

3. Устройства «noname» китайского производства рекомендуется исключить из состава вашей машины.

4. Три кита, на которых держится разгон - голова на плечах, руки с правильной заточкой, хорошее охлаждение. При отсутствии хотя бы одного из них можете расслабиться и о разгоне забыть.

Титры

Возможно, в каких-то моментах я был не прав – каюсь. Возможно, Вы все это давно знали – тогда искать причину «вселения злого духа» в компьютер Вам нужно самостоятельно и в другом месте. Я же свою миссию, рассказать об основных системах охлаждения, считаю выполненной;) Задавайте вопросы, комментируйте.

P.S. Глава про азотное охлаждение была проверена и одобрена мировым рекордсменом по экстремальному охлаждению, DeDal -ом. Благодарю за помощь! ;)

P.P.S Если кому понравилась картинка с бумером (делал сам), то вот фулсайз)