Как правильно выбрать комплектующие для компьютера с воздушным охлаждением. Часть 1 – THG.RU

Введение

Для пользователей ПК или для сборщиков систем, которые всё делают сами, вопросы охлаждения и температуры окружающей среды всегда являются актуальными. Именно поэтому мы собираемся начать с самых основ, предложив вашему вниманию введение в теорию охлаждения. Каждый год у нас появляются новые читатели, и каждый год мы замечаем одни и те же вопросы, задаваемые на наших форумах. Самое последнее, чего мы желаем, – это чтобы дорогостоящий проект потерпел неудачу в результате ошибки, присутствующей в большинстве базовых принципов, способствующих работе аппаратного обеспечения при приемлемых температурах.

Поскольку затронутая нами тема достаточно обширная, а мы хотим предложить вам полное руководство, мы разбили весь материал на две части.

Итак, прежде всего, мы поговорим о корпусах, включая вопросы местоположения блока питания. Затем мы сделаем обзор возможных недостатков других решений. Оптимизированный воздушный поток – это самый важный вопрос из всей информации о системе с воздушным охлаждением, поэтому мы планируем рассказать вам об этом более детально. Потом мы рассмотрим стандартные корпусные вентиляторы и покажем вам, почему даже новичку не стoит бояться наносить на детали термопасту. Если вы также запомните, что важно, чтобы между вашими видеокартами в конфигурации multi-GPU оставалось какое-то пространство, и поймёте, почему зачастую недооцененные вентиляторы на боковых панелях могут быть полезными, то вы сможете лучше оснастить свой ПК, чтобы он смог с меньшими потерями пережить летнюю жару.

Теория охлаждения вкратце

Сохранение энергии

Мы не можем не подчеркнуть мысль о том, какой масштабной затеей может оказаться правильно подобранная система охлаждения. Компьютеры относятся к числу наиболее неэффективных устройств всех времён, поскольку бoльшая часть используемой ими электроэнергии превращается в тепло (тепловую энергию). От этого никуда не деться, приходится принять это как реальность.

Даже обычная 40-ваттная лампочка испускает достаточно тепла, чтобы расплавился пластик и начался пожар. Компьютеры потребляют 60 ватт или больше в режиме простоя. Под нагрузкой эта цифра может резко увеличиться в десять или более раз! Запомните этот факт. Он составит основу нашего обсуждения и поможет вам осознать, насколько сложная в действительности эта задача – охлаждение ПК.

Тепло должно рассеиваться таким образом, чтобы компоненты ПК не превысили заданную максимальную температуру. Эту задачу выполняют в несколько этапов:

• Рассеивание с поверхности компонента, вырабатывающего тепло (независимо от того, является ли этот компонент ЦП, видеокартой или регулятором напряжения материнской платы).
• Поглощение тепла контактной площадкой и передача его на пластины радиатора охлаждения.
• Излучение тепла в воздух (который, к сожалению, довольно плохо проводит тепло).
• Отвод горячего воздуха из корпуса.

На этапах 1-3 мы использовали промышленные теплосъёмники с вентиляторами, разработанные для того, чтобы подходить к как можно большему количеству интерфейсов, и иногда вызывающие вопросы по установке на более сложных или специализированных платформах. К счастью, бoльшая часть этих вопросов решается достаточно легко. Однако последний этап требует более детального планирования, так что мы начнём с обзора информации о воздушном потоке.

Конечно же, здесь наблюдается прямая связь с расположением компонентов внутри вашего корпуса. И потому далее мы вкратце расскажем вам о конструкции блоков питания, направлении вращения вентилятора кулера и корпусных вентиляторах.

Образование тяги:

Горячий воздух поднимается вверх, холодный воздух опускается вниз. Вот почему верхняя часть корпуса обычно самая горячая. Мы должны всё время держать в уме этот основной принцип из области физики при планировании системы охлаждения.

Конфигурация тестовой системы

Основная идея и тестовая конфигурация

Для того, чтобы провести сравнение результатов настолько всесторонне, насколько это возможно, и при равных условиях, мы использовали устаревшую тестовую платформу, с помощью которой мы довольно точно смоделировали три варианта теплоотдачи – 89, 125 и 140 Вт. В первом варианте частота процессор уменьшалась до 2,2 ГГц, во втором варианте он работал со стандартной частотой, в третьем варианте разгонялся до 3,0 ГГц.

Используя кулер Xigmatek Aegir, мы протестировали оборудование с различными уровнями энерговыделения и результатами охлаждения для каждого варианта сборки. Этот кулер достаточно мощный для того, чтобы равномерно охлаждать 140 Вт старый процессор FX, находящийся под большой нагрузкой. Хотя устройство кажется солиднее, чем более шумный “коробочный” кулер, предоставленный компанией AMD, большинству пользователей такая покупка нужна для того, чтобы раз и навсегда получить стоящую вещь. Свои измерения мы снимали в помещении, где температура поддерживалась на постоянном уровне 22°C.

Бoльшую часть тестов мы провели, воспользовавшись этим высокопроизводительным охлаждающим устройством, потому что башенные кулеры в настоящее время являются наиболее популярными моделями кулеров. Также в нашем обзоре есть дополнительная глава о кулерах с воздушным потоком, направленным вниз (так называемые “боксовые”).

Блок питания: местоположение для установки и выбор корпуса

Блок питания расположен внизу корпуса

Во многих современных корпусах для ПК блок питания располагается внизу, под материнской платой. Такой вариант установки имеет массу преимуществ, поэтому мы настоятельно рекомендуем корпус с подобной конфигурацией. На рисунке вы можете видеть, что вентилятор засасывает прохладный воздух с “пола” через собственное впускное отверстие, использует этот воздух для охлаждения активных компонентов внутри блока питания и выводит его в задней части устройства.

Преимущества монтажа БП внизу корпуса:

• Равномерная подача прохладного воздуха с “пола” внутрь корпуса.
• Прямое выведение воздуха из корпуса БП.
• Меньше скорость вентилятора.
• Охлаждение позволяет добиться большей производительности БП.
• Меньше температурное напряжение на компоненты, больше срок службы.
• Центр тяжести корпуса расположен ниже.
• Силовой кабель не свисает и не мешает подключению других внешних устройств.

Недостатки:

• Корпус должен иметь достаточно высокие ножки.
• Также необходимо иметь в наличии пылевой фильтр.
• Возможно образования посторонних шумов, в зависимости от того, из какого материала сделан пол.

Несмотря на небольшие недостатки, вышеупомянутая конфигурация является предпочтительной, по сравнению с некоторыми другими вариантами сборки, о которых мы также расскажем, а ещё вы всегда должны обращать внимание на корпус, в котором размещается БП. Но здесь также можно допустить ошибку.

Не устанавливайте БП таким образом, чтобы его отверстие для забора воздуха выходило в корпус компьютера. Таким образом вы можете установить блок питания, только если имеете дело с “тихими” БП с пассивным охлаждением, чтобы тёплый воздух поднимался вверх. В противном случае, вы столкнётесь с силами, действующими при конвекции и, возможно, это приведёт к возникновению ситуации, при которой винт или любая другая плохо зафиксированная деталь могут упасть внутрь блока питания.

Блок питания расположен вверху корпуса

В более старых корпусах для ПК, произведённых согласно спецификации ATX, блок питания размещается прямо под верхней крышкой корпуса. Воздух засасывается внутрь БП изнутри компьютера, а затем выбрасывается наружу корпуса. Предположительно, это улучшает рассеивание и предотвращает накопление тепла. Тем не менее, это также приводит к поглощению блоком питания большого объёма отработанной теплоты, выделяемой видеокартой и процессором. Вследствие этого, вы получаете от БП работу на недостаточном уровне, из-за чего почти невозможно достичь максимальных значений энергии и производительности при температурах, превышающих 40°C (поскольку обычно они основаны на условия эксплуатации при температуре около 25°C). Также страдает продолжительность срока службы компонентов внутри блока питания.

Преимущества монтажа вверху корпуса:

• Способствует лучшему охлаждению в некоторых системах.
• Для линии 12 В необходим более короткий кабель.

Недостатки:

• Более высокие температуры БП.
• Неэффективная и шумная работа.
• Система быстрее изнашивается.

Идеальный корпус…

…его не существует. Однако большие, отлично сконструированные “башенные” корпусы, такие как у модели Corsair Graphite 600T, приблизились к идеалу. Внутри этого корпуса воздушный поток не встречает на своём пути препятствий. Вместимость, расположение кабелей в задней части, а также многочисленные вентиляторы и воздушные фильтры – вот что присутствует в этой модели, что позволяет нам назвать это решение почти идеальным.

По возможности, вы должны обращать как можно больше внимания на корпусы, в которых воздушный поток беспрепятственно перемещается снизу-вверх. Если вы захотите включить в свою конфигурацию особо длинную видеокарту, вам понадобится корпус с такой глубиной, какая только будет возможна. Иначе карта будет мешать воздушному потоку. Толстые кабели всегда должны располагаться сзади. Также всё, что болтается внутри корпуса, значительно снизит скорость движения воздушного потока.

Воздушный поток: установка башенных кулеров лицевой стороной вверх

Возможные варианты монтажа башенных кулеров

Применение башенных кулеров предпочтительнее, чем комбинирование радиаторов и вентиляторов, которые вдувают воздух в процессоры. Однако очень важно, чтобы вы обратили внимание на правильную ориентацию БП при установке.

Поскольку на этом этапе можно столкнуться с множеством ошибок, мы рассмотрим различные варианты сборки, прежде чем суммировать наиболее важные правила.

Монтаж башенного кулера в вертикальном положении

Чаще всего вертикальное расположение применяется в сборках на основе компонентов от Intel. Машинам с материнскими платами на основе Socket AM2+ или AM3 нужен кулер со специальной системой крепления, позволяющей устанавливать БП под углом 90°.

Конечно же, башенные кулеры можно устанавливать в корпусы, в которых БП крепятся сверху. В таких случаях схематический рисунок будет выглядеть так:

Следует заметить, что задняя стенка корпуса должна быть либо перфорированной, либо на ней должен находиться вентилятор. Будет даже лучше, если в этом месте будет находиться вытяжной вентилятор, который, в большинстве случаев, может заменить второй вентилятор, установленный на радиаторе процессора. Конечно, можно улучшить и этот сценарий.

Даже при наличии смонтированного вверху БП, воздушный поток можно скорректировать в лучшую сторону, вводя в процесс охлаждения дополнительный прохладный воздух из нижней части корпуса.

Воздушный поток: башенный кулер с горизонтальным расположением

Монтаж башенного кулера в горизонтальном положении

Давайте вернёмся к процессорному разъёму Socket AM3 от AMD и рассмотрим вариант монтажа кулера в горизонтальном положении. То, что вначале показалось нам недостатком, может, на самом деле, превратиться в ценное качество. Помните об образовании тяги? Если тёплый воздух поднимается вверх, почему бы не воспользоваться этим как преимуществом? Для монтажа компонента в горизонтальном положении вам понадобится корпус с вентиляцией сверху.

Также мы воспользовались дополнительным вытяжным вентилятором сбоку, поскольку многие башенные кулеры способствуют перемещению какой-то части воздуха на близлежащие компоненты (регуляторы напряжения, например), и эту часть “рассеянного” воздуха также необходимо вывести. Монтаж в горизонтальном положении возможен также при использовании блока питания, крепящегося внутри корпуса вверху.

Однако при таком сценарии недостатки БП, крепящегося в корпусе вверху, становятся действительно заметными, поэтому мы, определённо, не советуем вам перемещать весь нагретый воздух от процессора в БП. В самом деле, есть же много решений и получше.

Если вы всё-таки решите применить такой способ, удостоверьтесь в том, что в вашей сборке есть, по меньшей мере, вытяжной вентилятор в задней части корпуса.

Вентиляция снизу помогает создать дополнительный охлаждающий воздушный поток.

Воздушный поток: общие ошибки при установке

Возможные варианты монтажа и ошибки планирования расположения

Кажется, что составить подобный план расположения компонентов довольно просто, но, учитывая, что существует очень много различных типов процессорных разъёмов и уникальных конфигураций охлаждающих устройств, можно довольно легко, по незнанию, совершить ошибки, которые негативно скажутся на производительности охлаждающего устройства.

В нашем первом примере кулер установлен в горизонтальном положении. Тем не менее, без вентиляции вверху тепло накапливается и попадает обратно на процессор.

В данном сценарии корпус отличает наличие вентиляция сверху, но ему не хватает дополнительной вентиляции сбоку. Воздуху приходится перемещаться в обход и заканчивается всё тем, что он накапливается за кулером.

Недавно мы наблюдали такой пример: прохладный воздух перемещается вопреки воздействию конвекции (а также вытяжным вентиляторам, работающим безрезультатно). К несчастью, это пример полного провала.

Воздушный поток: от уникальных систем до обычных кулеров

Кулеры с воздушным потоком, направленным вниз (лучшие из бюджетных)

Комплекты в виде “коробочного” радиатора и вентилятора, который вы получаете от AMD и Intel, не являются в достаточной степени эффективными, потому что образуемый этими компонентами воздушный поток не совпадает с вентиляционными отверстиеми в корпусе. Именно поэтому они перемещают воздух прямо на материнскую плату. В лучшем случае можно надеяться, что мощные логические схемы материнской платы получат хоть какое-то охлаждения. Но это ещё вопрос, компенсируется ли это ограниченной производительностью и бoльшим уровнем шума. Мы заметили, что это в большей степени относится к коробочным кулерам от AMD, которые едва справляются с подачей достаточного объёма воздуха для бесперебойной работы процессоров с тепловыделением 125 Вт и часто их вентиляторы вращаются со скоростью до 6 000 об/мин., что приводит к раздражающе высокому уровню шума.

Что касается других конфигураций охлаждения, остальные компоненты, корпус и встроенные вентиляторы играют важную роль при эксплуатации кулеров с воздушным потоком, направленным вниз.

Компьютер, приведённый на рисунке выше, получает недостаточный воздушный поток. В этом ПК нет вентиляции в задней части, а видеокарта ещё больше препятствует конвекции.

Так уже лучше! Эта конфигурация позволяет даже обычному коробочному кулеру, купленному в розничной продаже, рассеивать тепло эффективно.

Варианты сборки:

Оптимизация при наличии вентиляции сбоку

Наличие часто недооцениваемого бокового вентилятора, на самом деле, кажется вполне логичным, если вы используете кулер с воздушным потоком, направленным вниз, поскольку прохладный воздух, проходящий через отверстия для вентиляции, поступает прямиком на кулер центрального процессора. Остальные компоненты также могут выиграть от наличия этих отверстий, поэтому последние, в самом деле, могут понадобиться.

Вы можете либо выбрать корпус с большим, медленным и тихим вентилятором, как у модели LC-Power Titus…

…либо предпочесть кулер с парочкой 120-мм вентиляторов, такой как внутри корпуса Enermax Hoplite.

Воздушный поток: охлаждение жёсткого диска

Вентиляция спереди и охлаждение жёсткого диска

Это самый распространённый вариант расположения компонентов. Воздух всасывается внутрь со стороны передней панели корпуса и немедленно используется для охлаждения установленных жёстких дисков. Такой конфигурации достаточно для охлаждения, проблемы могут возникнуть только в том случае, если все отсеки в вашем корпусе заняты.

Поскольку, в интересах защиты данных и продления срока службы накопителя, следует избегать нагрева жёсткого диска выше 30°C , мы решили рассмотреть пару практических примеров.

Перед нами – классическая конфигурация: жёсткий диск в 3,5″ отсеке, помещённый за 120-мм передним вентилятором.

Вот накопитель SATA, установленный спереди, с возможностью “горячей” замены. Вентилятор, расположенный сверху, косвенно способствует охлаждению. Данное расположение компонентов распространено меньше, но всё же это надёжное решение с точки зрения функциональности.

Боковая загрузка. Здесь воздушный поток ограничен, поэтому необходимо рассмотреть возможность установки дополнительных вентиляторов – снизу корпуса и для жёстких дисков.

Варианты оптимизации

Если вы пришли к выводу, что температура вашего жёсткого диска слишком высокая, то вам следует обдумать возможность применения стандартного кулера для жёстких дисков. Обычно их можно купить в магазинах; в данном случае главный виновник ошибок – не оптимальное расположение.

Воздушный поток: измерения и сравнения результатов

Естественно, нам хотелось подтвердить аргументы, высказанные на предыдущих страницах, использовав целый ряд различных сценариев установки системы охлаждения. Мы использовали корпус Antec Lanboy Air, прикрыв при этом картоном часть вентиляционных отверстий, чтобы воздух сквозь них проходил с трудом. Корпус Lanboy Air предназначен для монтажа блока питания как вверху, так и внизу. Результаты говорят сами за себя.

Глядя на температуру выходящего из блока питания воздуха, мы видим самое главное преимущество того, что БП установлен в нижней части нашего испытательного корпуса.

Здесь мы видим, что сборки, охлаждаемые кулером с воздушным потоком, направленным вниз, действительно выигрывают от применения боковой вентиляции.

Воздушный поток: обеспечьте видеокартам надлежащую вентиляцию

Вентиляция и охлаждение видеокарт

Прежде чем вы поспешите купить по интернету самые скоростные видеокарты, которые сможете себе позволить, убедитесь в том, что выбрали модели (и материнскую плату), которые способствуют созданию надлежащего воздушного потока.

Наилучший выбор для вас – это карта, способная выводить всё тепло через заднюю стенку корпуса, даже если на ней установлен центробежный вентилятор, имеющий склонность производить много шума. Обычно эталонные модели, разработанные компаниями AMD и nVidia, являются хорошими примерами, хотя Radeon HD 6990, GeForce GTX 590 и низкопроизводительные видеокарты GeForce не подпадают под общую массу наших предпочтений, то есть моделей выводящих тепло напрямую.

Вот что происходит, когда накапливается слишком много тепла. Наличие перфорации на заглушках слотовых отверстий могло бы предотвратить отклеивание стикера от видеокарты. Что ж, впредь вы не совершите подобной ошибки. Восемьсот ватт тепла, рассеянного в этом корпусе, обязательно окажут на компоненты неблагоприятное воздействие.

Схематические иллюстрации

Пока для видеокарты имеется возможность выводить тепло из корпуса, значения температуры останутся на приемлемом уровне. Даже массив multi-GPU имеет доступ к достаточному воздушному потоку, чтобы работать в пределах безопасных допустимых значений до тех пор, пока между видеокартами есть достаточно места. Если вы хотите воспользоваться преимуществами конфигурации CrossFire или SLI, купите материнскую плату хотя бы с одним слотом расширения между установленными двухслотовыми картами.

Если видеокарты расположены слишком близко друг к другу, как показано на рисунке выше, то заблокированная плата может легко перегреться даже при умеренной нагрузке. В конце концов, её вентилятор не может захватывать достаточно воздуха, чтобы поддерживать температуру графического процессора в допустимых пределах.

Похожая ситуация происходит и тогда, когда дело связано с видеокартами, оснащёнными осевыми вентиляторами. Несмотря на то, что они малошумные, эти устройства больше способствуют попаданию находящегося поблизости горячего воздуха в ваш корпус, а не выведению воздуха из него, что приводит к нежелательному накоплению тепла.

Во многих случаях проблему может решить боковой вентилятор. Даже несмотря на то, что этот тип вентиляторов постоянно критикуют, эффективность подобного устройства (а в результате ещё и улучшение охлаждения видеокарты) можно измерить и реально ощутить.

Варианты оптимизации

Существуют интересные альтернативы обычным заглушкам слотов – вспомните об этом, если у вас появятся трудности с охлаждением. При помощи слотового кулера можно в какой-то степени минимизировать накопление тепла, даже после того, как вы уже собрали свой компьютер.

В ожидании второй части статьи

Несмотря на то, что опытные пользователи сейчас снисходительно улыбаются, читая о простых ошибках сборки, мы знаем, что рано или поздно все делают ошибки. ПК, конечно же, стoят совсем не дёшево, и даже когда вы экономите деньги, самостоятельно собирая компьютер, машина, ориентированная на энтузиастов легко может преодолеть уровень цен в несколько тысяч долларов.

Вот почему так важно тщательно продумать план сборки, прежде чем вы начнёте покупать компоненты. Во-первых, найдите подходящий корпус, а затем проверьте, можно ли разместить внутри него выбранные вами компоненты. Не отмахивайтесь от старых решений, таких как боковые вентиляторы. Нам удалось показать, что они действительно могут поспособствовать лучшему охлаждению. Иногда нам приходилось всего лишь снять измерения, чтобы доказать свою точку зрения.

Что нас ждёт во второй части этой статьи?

Если вы не планируете превращать свой новый компьютер в “Машину для приготовления хот-догов”, то во второй части мы поговорим о том, как правильно выбрать вентилятор, а затем удостоверимся в том, что наш кулер для ЦП установлен должным образом. Это означает, что специально для новичков мы приведём руководство по нанесению термопасты.

Также мы расскажем вам о том, как охладить “не поддающуюся воздействию” разогнанную видеокарту GeForce GTX 480 до 64°C при бюджете всего €12, в то же время поддерживая уровень шума 38 дБ(А). Наконец, мы оборудуем нашу низкопрофильную и почти бесшумную модель Radeon HD 6850 60-мм вентиляторами, что поспособствует её постоянному охлаждению.