Hệ thống làm mát máy tính: Passive, Active, Liquid, Freon, Water Cooler, Open Evaporation, Cascade, Peltier Cooling

Trong quá trình hoạt động của máy tính, một số thành phần của nó trở nên rất nóng và nếu nhiệt sinh ra không được loại bỏ đủ nhanh, thì máy tính sẽ không thể hoạt động do vi phạm các đặc tính thông thường của các thành phần bán dẫn chính của nó.

Loại bỏ nhiệt từ các bộ phận phát nhiệt của máy tính là nhiệm vụ quan trọng nhất mà hệ thống làm mát máy tính giải quyết, đây là một bộ công cụ chuyên dụng hoạt động liên tục, có hệ thống và hài hòa trong suốt thời gian máy tính được sử dụng tích cực.

Trong quá trình vận hành hệ thống làm mát máy tính, nhiệt sinh ra do dòng điện vận hành chạy qua các bộ phận chính của máy tính, đặc biệt là qua các bộ phận của đơn vị hệ thống, được sử dụng.Lượng nhiệt sinh ra trong trường hợp này phụ thuộc vào tài nguyên tính toán của máy tính và tải hiện tại của nó so với tất cả các tài nguyên có sẵn cho máy.

Trong mọi trường hợp, nhiệt được phục hồi trong khí quyển. Trong quá trình làm mát thụ động, nhiệt được loại bỏ khỏi các bộ phận được làm nóng thông qua bộ tản nhiệt trực tiếp vào không khí xung quanh bằng bức xạ hồng ngoại và đối lưu thông thường. Trong quá trình làm mát tích cực, ngoài đối lưu và bức xạ hồng ngoại, người ta còn sử dụng quạt thổi để tăng cường độ đối lưu (giải pháp này được gọi là «máy làm mát»).

Ngoài ra còn có các hệ thống làm mát bằng chất lỏng, trong đó nhiệt đầu tiên được truyền bởi chất mang nhiệt và sau đó được sử dụng lại trong khí quyển. Có các hệ thống bay hơi hở nơi nhiệt được loại bỏ do quá trình chuyển pha của chất làm mát.

Vì vậy, theo nguyên tắc loại bỏ nhiệt từ các bộ phận làm nóng của máy tính, có các hệ thống làm mát: làm mát bằng không khí, làm mát bằng chất lỏng, Freon, bay hơi mở và kết hợp (dựa trên các phần tử Peltier và bộ làm mát bằng nước).

Hệ thống làm mát không khí thụ động

Thiết bị không tải nhiệt hoàn toàn không yêu cầu hệ thống làm mát đặc biệt. Thiết bị không tải nhiệt là thiết bị có dòng nhiệt trên mỗi centimet vuông của bề mặt được làm nóng (mật độ dòng nhiệt) không vượt quá 0,5 mW. Trong những điều kiện này, độ quá nhiệt của bề mặt được làm nóng so với không khí xung quanh sẽ không cao hơn 0,5 ° C, mức tối đa thông thường cho trường hợp như vậy là +60 ° C.

Nhưng nếu các thông số nhiệt của các bộ phận ở chế độ hoạt động bình thường của chúng vượt quá các giá trị này (tuy nhiên, trong khi vẫn giữ mức sinh nhiệt tương đối thấp), thì chỉ các bộ tản nhiệt được lắp đặt trên các bộ phận đó, tức là các thiết bị loại bỏ nhiệt thụ động , cái gọi là hệ thống làm mát thụ động.

Khi công suất của chip thấp hoặc khi các yêu cầu về khả năng tính toán của hệ thống liên tục bị hạn chế, theo quy định, chỉ cần một bộ tản nhiệt là đủ, ngay cả khi không có quạt. Bộ tản nhiệt được chọn riêng trong từng trường hợp.

Về cơ bản, hệ thống làm mát thụ động hoạt động theo cách sau: Nhiệt được truyền trực tiếp từ bộ phận làm nóng (chip) đến bộ tản nhiệt nhờ tính dẫn nhiệt của vật liệu hoặc nhờ sự trợ giúp của các ống dẫn nhiệt (thermosyphon hoặc buồng bay hơi là cơ bản khác nhau). giải pháp với ống dẫn nhiệt).

Chức năng của bộ tản nhiệt là tỏa nhiệt ra không gian xung quanh thông qua bức xạ hồng ngoại và truyền nhiệt đơn giản nhờ tính dẫn nhiệt của không khí xung quanh góp phần làm xuất hiện các dòng đối lưu tự nhiên. Để tỏa nhiệt trên toàn bộ khu vực của bộ tản nhiệt càng nhiều càng tốt, bề mặt của bộ tản nhiệt trở nên đen.

Đặc biệt là ngày nay (trong các thiết bị khác nhau, bao gồm cả máy tính), hệ thống làm mát thụ động đã phổ biến. Một hệ thống như vậy rất linh hoạt, vì bộ tản nhiệt có thể dễ dàng được gắn trên hầu hết các bộ phận sử dụng nhiều nhiệt. Diện tích tản nhiệt hiệu quả từ bộ tản nhiệt càng lớn thì khả năng làm mát càng hiệu quả.

Các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả làm mát là tốc độ dòng khí đi qua tấm tản nhiệt và nhiệt độ (đặc biệt là chênh lệch nhiệt độ với môi trường).

Nhiều người biết rằng trước khi gắn tản nhiệt lên linh kiện, cần bôi keo tản nhiệt (ví dụ: KPT-8) lên các bề mặt tiếp xúc. Điều này được thực hiện để tăng độ dẫn nhiệt trong không gian giữa các thành phần.

Ban đầu, vấn đề là các bề mặt của bộ tản nhiệt và bộ phận được lắp đặt trên đó, sau khi sản xuất và mài tại nhà máy, vẫn có độ nhám khoảng 10 micron và ngay cả sau khi đánh bóng, độ nhám vẫn còn khoảng 5 micron. Những bất thường này ngăn không cho các bề mặt kết nối được ép chặt vào nhau nhất có thể mà không có khe hở, dẫn đến khe hở không khí có độ dẫn nhiệt thấp.

Tản nhiệt có kích thước và diện tích hoạt động lớn nhất thường được gắn trên CPU và GPU. Nếu cần phải lắp ráp một máy tính im lặng, thì do tốc độ không khí đi qua thấp, cần có bộ tản nhiệt đặc biệt rất lớn, được đặc trưng bởi hiệu quả tản nhiệt tăng lên.

Hệ thống làm mát không khí chủ động

Để cải thiện khả năng làm mát, để làm cho luồng không khí đi qua bộ tản nhiệt mạnh hơn, người ta còn sử dụng thêm quạt. Bộ tản nhiệt được trang bị quạt được gọi là bộ làm mát. Bộ làm mát được cài đặt trên đồ họa và bộ xử lý trung tâm của máy tính. Nếu không thể lắp bộ tản nhiệt trên một số thành phần, chẳng hạn như ổ cứng, hoặc không được khuyến nghị, thì sử dụng phương pháp xả quạt đơn giản không có bộ tản nhiệt.Thế là đủ rồi.

Hệ thống làm mát bằng chất lỏng

Hệ thống làm mát bằng chất lỏng hoạt động theo nguyên tắc truyền nhiệt từ bộ phận được làm mát sang bộ tản nhiệt với sự trợ giúp của chất lỏng làm việc lưu thông trong hệ thống. Chất lỏng như vậy thường là nước cất với các chất phụ gia diệt khuẩn và chống mạ điện hoặc chất chống đông, dầu, các chất lỏng đặc biệt khác và trong một số trường hợp là kim loại lỏng.

Một hệ thống như vậy nhất thiết phải bao gồm: một máy bơm để tuần hoàn chất lỏng và bộ tản nhiệt (khối nước, đầu làm mát) để lấy nhiệt từ bộ phận làm nóng và truyền nó vào chất lỏng làm việc. Nhiệt sau đó được tản nhiệt bởi một bộ tản nhiệt (hệ thống chủ động hoặc thụ động).

Ngoài ra, hệ thống làm mát bằng chất lỏng có một bể chứa chất lỏng làm việc, giúp bù cho sự giãn nở nhiệt của nó và tăng quán tính nhiệt của hệ thống. Bể thuận tiện để đổ đầy và cũng thuận tiện để xả chất lỏng làm việc qua nó. Trong một hệ thống như vậy, cần có các ống và ống cần thiết. Một cảm biến lưu lượng chất lỏng có thể được cung cấp tùy chọn.

Chất lỏng làm việc có công suất nhiệt đủ cao để mang lại hiệu quả làm mát cao ở tốc độ lưu thông thấp và độ dẫn nhiệt cao, giúp giảm thiểu chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt bay hơi và thành ống.

Hệ thống làm mát Freon

Ép xung cực cao bộ xử lý yêu cầu nhiệt độ âm của phần tử được làm mát trong quá trình hoạt động liên tục của nó. Cài đặt Freon là cần thiết cho việc này. Các hệ thống này là các đơn vị làm lạnh trong đó thiết bị bay hơi được gắn trực tiếp trên bộ phận mà nhiệt phải được loại bỏ ở tốc độ rất cao.

Những nhược điểm của hệ thống freon, ngoài sự phức tạp của nó, là: nhu cầu cách nhiệt, bắt buộc phải vật lộn với nước ngưng, khó làm mát nhiều bộ phận cùng lúc, tiêu thụ năng lượng cao và giá thành cao.

máy làm lạnh nước

Máy làm lạnh nước là một hệ thống làm mát kết hợp giữa bộ phận Freon và làm mát bằng chất lỏng. Tại đây, chất chống đông lưu thông trong hệ thống được làm lạnh thêm trong bộ trao đổi nhiệt sử dụng khối Freon.

Trong một hệ thống như vậy, nhiệt độ âm thu được với sự trợ giúp của bộ freon và chất lỏng có thể làm mát đồng thời một số thành phần. Một hệ thống làm mát Freon thông thường không cho phép điều này. Nhược điểm của máy làm mát bằng nước là cần cách nhiệt cho toàn bộ hệ thống, cũng như độ phức tạp và giá thành cao.

Hệ thống làm mát bay hơi mở

Các hệ thống làm mát bằng hơi mở sử dụng chất lỏng làm việc—chất làm lạnh như heli, nitơ lỏng hoặc đá khô. Chất lỏng làm việc được làm bay hơi trong một tấm kính mở, được gắn trực tiếp trên bộ phận làm nóng, bộ phận này phải được làm mát rất nhanh.

Phương pháp này thuộc về những người nghiệp dư và chủ yếu được sử dụng bởi những người có sở thích cần ép xung cực cao ("ép xung") thiết bị có sẵn. Sử dụng phương pháp này, bạn có thể đạt được nhiệt độ thấp nhất, nhưng thủy tinh có chất làm lạnh sẽ phải được bổ sung thường xuyên, tức là hệ thống có giới hạn thời gian và cần được chú ý liên tục.

Hệ thống làm mát theo tầng

Hệ thống làm mát theo tầng có nghĩa là bao gồm tuần tự đồng thời hai hoặc nhiều freon. Để đạt được nhiệt độ thấp hơn, freon có điểm sôi giảm được sử dụng.Nếu máy freon là một cấp thì cần phải tăng áp suất làm việc bằng máy nén mạnh.

Nhưng có một giải pháp thay thế - làm mát bộ tản nhiệt của khối freon bằng một khối tương tự khác. Do đó, áp suất vận hành trong hệ thống có thể giảm và không còn yêu cầu công suất cao từ máy nén, có thể sử dụng máy nén thông thường. Hệ thống theo tầng, mặc dù phức tạp, cho phép đạt được nhiệt độ thấp hơn so với cài đặt freon thông thường và so với hệ thống bay hơi mở, cài đặt như vậy có thể hoạt động liên tục.

Hệ thống làm mát Peltier

Trong hệ thống làm mát với phần tử Peltier nó được gắn với mặt lạnh của nó trên bề mặt cần làm mát, trong khi mặt nóng của phần tử yêu cầu làm mát chuyên sâu từ hệ thống khác trong quá trình hoạt động. Hệ thống tương đối nhỏ gọn.