Железо

Теория большого кулера: выбираем систему охлаждения для ПК

Теория большого кулера

Занимательная физика

Независимо от конструкции, все системы охлаждения используют одинаковые законы физики. Чтобы чип не перегревался, надо взять тепло из одной точки (на его поверхности) и переместить в другую — в воздух вокруг ПК. Эффективность этого процесса зависит от двух параметров: материала, из которого изготовлен радиатор кулера, и его размеров.

Первая важная характеристика — теплопроводность, то есть скорость распространения тепла по веществу. С ростом этого показателя тепло, выделяемое чипом, распределяется по всему объёму металла, который при этом равномерно остывает в любой точке. Проще говоря, не возникнет ситуации, когда основание радиатора накаляется, а его верхняя часть безо всякой пользы остаётся холодной. Другой ключевой параметр — теплоёмкость. Это количество тепла, поглощаемое материалом при нагревании его на 1 градус. Учитывая, что при остывании на тот же градус металл отдаёт такое же количество теплоты, делаем вывод — чем больше эта характеристика, тем лучше.

Чаще всего радиаторы систем охлаждения для компьютеров сделаны из алюминия и меди. Большее распространение получил первый металл: у него приличная теплоёмкость, да и стоит он дешевле. С другой стороны, теплопроводность меди выше, поэтому оба материала нередко комбинируют, чтобы увеличить общую эффективность кулера без существенного удорожания. Радиаторы оснащаются рёбрами, увеличивающими площадь контакта с воздухом. Для большей эффективности к ним крепится вентилятор, принудительно обдувающий их поверхность. Ещё один важный элемент — термоинтерфейс, равномерно заполняющий микрошероховатости в основании радиатора ради лучшего соприкосновения с крышкой процессора.

Несмотря на схожий принцип работы всех систем охлаждения, сбить температуру CPU можно массой способов. Но не каждый идеально подходит для отдельно взятого системника — этот момент надо выяснить ещё на этапе планирования сборки. Самый важный нюанс — условная производительность. Тепловой пакет (TDP) чипа указан на сайте производителя, а та же характеристика кулера должна превышать это значение или хотя бы совпадать с ним. Не помешает уточнить и совместимость креплений системы к материнской плате. Свою роль играют число оборотов вентилятора и диаметр его лопастей, влияющие на баланс между эффективностью работы и уровнем шума.

Классические модели

Их встречал каждый покупатель «боксового» процессора. Обычно это компактный радиатор с низким профилем, прямо поверх рёбер которого расположен вентилятор небольшого диаметра. Но найти среди таких моделей эффективный вариант для охлаждения геймерского CPU сложно: воздух они гонят в сторону материнки, слегка повышая общую температуру внутри системного блока. К тому же из-за большой ширины они порой перекрывают ближайший к сокету слот для модуля памяти. Обычно их используют при бюджетной сборке, как «заглушку» перед покупкой более мощного решения или из-за нехватки свободного места в корпусе.

Башенные кулеры

Своё название «башни» получили за характерную форму: в отличие от более плоской классики, они буквально возвышаются над процессором. Другая их особенность — боковой монтаж вентиляторов. Воздух в этом случае проходит сквозь рёбра радиатора к задней стенке системника и минимально влияет на «погоду» внутри него. Через основание практически всех башенных кулеров проходят запаянные тепловые трубки, от количества и расположения которых зависит эффективность выполнения задачи.

Принцип работы трубок прост: внутри них находится вода или другая жидкость под низким давлением, что значительно снижает температуру кипения. При нагреве радиатора вода образует пар и конденсируется в более холодной точке, отдавая тепло пластинам радиатора. Для повышения КПД кулера производители покрывают внутренние стенки трубок «фитилём» из порошковой меди или других мелкопористых материалов. По нему конденсат быстрее стекает обратно в нагретую область, где процесс повторяется заново. В некоторых случаях вместо порошка используется тонкая металлическая сетка, обладающая схожими свойствами.

Увеличение числа трубок в теории улучшает охлаждающую способность «башен», но есть нюанс. При установке на чип с низким TDP вода попросту не будет закипать — и качество охлаждения снизится. Другой подводный камень — расположенные в шахматном порядке трубки будут мешать воздушному потоку от фронтальных вентиляторов внутри корпуса.

Системы жидкостного охлаждения

Следующим витком эволюции кулеров стали системы жидкостного охлаждения (СЖО). С процессором их радиаторы напрямую не контактируют — в качестве теплосъёмника используется компактная площадка. Радиатор, соединённый с ней трубками с водой, выносится за пределы корпуса или на одну из его внутренних стенок. Преимущество «водянок» — возможность компактной сборки при хорошем обдуве остального железа. К тому же почти все современные модели оснащаются циркулярными насосами: в отличие от старых помп, они гонят жидкость не пульсирующим, а постоянным потоком, снижая уровень шума.

Другой плюс таких систем — возможность выбрать количество секций радиатора. Наиболее распространены необслуживаемые готовые решения: их надо только смонтировать и подключить к контакту питания на материнской плате. Некоторые модели всё же предусматривают отдельную горловину для дозаправки, ведь часть жидкости со временем испаряется, просачиваясь в виде газа сквозь поры резиновых соединений.

Вдобавок жидкостные кулеры позволяют собирать кастомные конфигурации из OEM-комплектующих. Например, при желании можно организовать единый охлаждающий контур для всего железа, включая видеокарту, соединив трубками несколько площадок, радиаторов и вентиляторов. При правильных расчётах это существенно улучшит КПД охлаждения. Но надо смириться с высокой ценой и техническими проблемами при апгрейде: для замены любого элемента придётся пересобирать всё заново.

Отдельную ступень в иерархии СЖО занимают иммерсионные системы. С ними все комплектующие погружаются в герметичный контейнер, куда заливают диэлектрическую жидкость. В зависимости от типа наполнителя, системы делятся на одно- и двухфазные. В первом случае обычно используется минеральное масло, которое не вредит комплектующим, включая блок питания с его высоким напряжением, и при этом обладает хорошей теплоёмкостью. Весь объём жидкости охлаждается пассивно или с помощью циркуляции, как и у водных аналогов.

Более продвинутый вариант — двухфазный контур. В отличие от масляных систем, вместо «минералки» в нём используется специальная фторсодержащая жидкость с низкой температурой кипения, выполняющая роль воды в тепловых трубках башенных кулеров. Испаряясь, она охлаждается на «потолке» и стекает обратно.

Достоинств у таких решений немало: нет шума и пыли, снижающей эффективность радиаторов, зато большой объём даёт стабильные температурные характеристики. Но и без минусов не обошлось: стоит такой «аквариум» дорого, а отмывать комплектующие от масла и другой химии — удовольствие ниже среднего. И если бак или помпа дадут течь, мебели и полу мало не покажется.

Экзотические решения

В дополнение к популярным решениям имеются и нестандартные. К примеру, термоэлектрические, принцип работы которых основан на эффекте Пельтье. Яркий представитель этого класса — Cooler Master V10 со специальной пластиной, одна из сторон которой охлаждается под воздействием электрического тока, а тепло с другой стороны отводит привычная «башня». На момент своего появления кулер действительно выглядел перспективным, но обладал рядом недостатков. Главными из них были огромные размеры, высокий ценник и большое энергопотребление, а уже через пару лет куда более доступные «воздушные» альтернативы справлялись с той же задачей не хуже. Поэтому решений с элементами Пельтье уже не делают.

Примерно по той же причине не получили распространения и фреоновые контуры, работающие по принципу кондиционера. В теории они могли бы даже воздух в комнате охлаждать. Но оказались сложными в сборке, капризными в обслуживании и дорогими — не говоря уже о токсичности фреона в случае утечки. Несколько большую «живучесть» продемонстрировал отвод тепла от процессора при помощи жидкого азота или сухого льда. Благодаря способности создавать экстремально низкие температуры (от -80 °С и ниже) азот используется оверклокерами для максимального разгона. Но провернуть такой фокус в домашних условиях сложно. Помимо установки специального стакана и слоя изоляции от конденсата для материнки потребуется приличный запас охладителя, который постоянно испаряется. Поставить рекорд — одно дело, а вот доливать азот раз в 20 минут… Да и где его брать в таких объёмах?

Семь раз отмерь

Прежде чем выбрать тип охлаждения, стоит учесть и неочевидные моменты. В частности, размер и вес кулера. Ведь некоторые модели надо устанавливать на материнскую плату до её монтажа в корпус, чтобы сначала прикрутить к ней усиливающую пластину. Не менее важно расставить приоритеты в пользу эффективности или минимального шума. В первом случае готовьтесь к чтению мануалов и дополнительным расходам на обдув корпуса. Во втором вас ждёт то же самое, а вдобавок — тщательный подбор комплектующих с приличным запасом теплоёмкости. Например, «водянки» с большим радиатором и тихими вентиляторами.

Не повредит и чтение инструкции перед покупкой — это в ряде случаев сэкономит время и нервы. Простой пример: радиаторы некоторых моделей для сокетов AMD из-за особенностей конструкции оказываются повёрнуты на 90°, перекрывая слот для оперативной памяти. А если опыта или желания недостаёт, всегда можно воспользоваться услугами по сборке в том же интернет-магазине.