Пассивные системы охлаждения на основе радиаторов

Давно уже канули в небытие те времена, когда в компьютерах использовалось пассивное охлаждение. Такие компьютеры были абсолютно бесшумными, но и ма­лопроизводительными. По мере роста производительности процессоров и других компонентов ПК росло и их энергопотребление и, как следствие, компоненты ПК становились все более горячими.

Пассивные системы охлаждения на основе радиаторов

Пассивные системы охлаждения на основе радиаторов

Процессоры стали оснащать массивными радиа­торами, а вскоре к ним добавились и вентиляторы, то есть пассивное охлаждение процессоров уже не могло обеспечить требуемый теплоотвод для обеспечения допустимой температуры, и стало использоваться воздушное охлаждение. По мере роста тактовых частот процессоров увеличивалась и эффективность теплоотовода, что достигалось использованием более массивных радиаторов и более быстрых вентиляторов. Появились радиаторы на тепловых трубках, альтернативные систе­мы водяного охлаждения, системы охлаждения с использованием термоэлектри­ческих модулей Пельтье. Кроме того, постепенно радиаторами стали оснащаться графические карты, чипсет, память и даже отдельные микросхемы на материнских платах. А если добавить к этому еще и систему охлаждения процессора, видеокар­ты, радиаторы, устанавливаемые на модули памяти, то становится понятно, что источников тепловыделения в современном компьютере достаточно много и для нормальной работы всей этой сложной системы требуется создание эффективной системы теплоотвода.

В настоящее время разработано достаточно большое количество систем охлаждения, которые отличаются друг от друга принципом функционирования системы тепло- отвода, то есть среды, используемой для отвода тепла. По системам теплоотвода системы охлаждения можно разделить на следующие категории:

1. пассивные системы охлаждения на основе радиаторов;

2. системы охлаждения на основе тепловых трубок;

3. воздушные системы охлаждения;

4. жидкостные системы охлаждения;

5. системы охлаждения на основе модулей Пельтье.

Пассивные системы охлаждения на основе радиаторов

Традиционная система охлаждения процессора или любой горячей микросхемы, называемая кулером, включает в себя радиатор и вентилятор. Радиатор необходим для того, чтобы увеличить интенсивность теплообмена между процессором и окружающим пространством. Радиаторы выполняются из алюминия, меди или из комбинации обоих металлов.

Радиаторы должны отвечать определенным требованиям. Во-первых, быстро за­бирать тепло от процессора, во-вторых, хорошо проводить тепло от своей нижней (горячей) поверхности к верхней (холодной) и, в-третьих, эффективно рассеивать это тепло в окружающее пространство.

Чтобы повысить эффективность теплопроводности внутри самого радиатора, его изготавливают из материала с высоким коэффициентом теплопроводности. Самым высоким коэффициентом теплопроводности (407 Вт/м-К) обладает серебро, но из-за высокой стоимости оно не используется для изготовления радиаторов. На вто­ром месте по коэффициенту теплопроводности (384 Вт/м-К) стоит медь, поэтому ее часто используют при изготовлении радиаторов.

Чтобы увеличить эффективность теплоотдачи между поверхностью микросхемы (источником тепла) и радиатором, в качестве промежуточного слоя между ними используют термопасту. Фактически в данном случае речь идет о процессах теп­лоотдачи между поверхностью микросхемы и термопастой, теплопроводности внутри слоя термопасты и теплоотдачи между термопастой и поверхностью радиа­тора.

Чтобы увеличить эффективность теплоотдачи между поверхностью радиатора и окружающим воздухом, увеличивают площадь радиатора (площадь теплового рассеивания), делая поверхность радиатора ребристой.

Тепловое сопротивление радиатора является его важнейшей технической харак­теристикой и показывает, насколько изменится температура поверхности микро­схемы относительно температуры окружающего пространства при отводе 1 Вт тепловой мощности через данный радиатор. Если, к примеру, известно, что тепло­вое сопротивление радиатора составляет 1 °С/Вт, типичная температура окружа­ющего пространства 40 °С, а тепловая мощность микросхемы 10 Вт, то температу­ра поверхности микросхемы при отводе тепла через данный радиатор будет на 10 °С выше, чем температура окружающего пространства, то есть составит 50 °С.

Мощность тепловыделения процессора Intel Pentium 4 с тактовой частотой 3,8 ГГц составляет 130 Вт. При этом температура поверхности процессора не должна пре­вышать 80 °С. Если учесть, что типичная температура воздуха внутри ПК состав­ляет порядка 50 °С, то несложно подсчитать, что тепловое сопротивление радиато­ра для такого процессора должно быть не более 0,23 °С/Вт. Столь малым тепловым сопротивлением не обладает ни один пассивный радиатор. Кардинально уменьшить его тепловое сопротивление можно при использовании дополнительного вентиля­тора. Вентилятор создает принудительную конвекцию воздуха, что способствует возрастанию эффективности теплообмена между радиатором и окружающим про­странством. Поэтому для уменьшения теплового сопротивления в купе с радиато­ром используется вентилятор, а их совокупность называют кулером. Отметим, что тепловое сопротивление современных процессорных кулеров равно 0,2 °С/Вт и более.

Яндекс.Метрика