Про системи водяного охолодження я вже писав раніше "Вода в системах охолодження ПК" і "Системи водяного охолодження - блеф, міф, бізнес?". У першій розглянуто загальні підходи до побудови систем водяного охолодження, а в другій показані переваги закладені в СВО і спроба визначити причини відсутності можливості реалізувати ці переваги. Тут розгляну принципи побудови СВО і їх елементну базу.
Зараз економічно доцільне застосування водяних систем охолодження (СВО) при тепловиділення більше 1000 Вт. Стосовно до обчислювальної техніки, це серверні комплекси з числом серверів більше 10.
Але можливе застосування СВО і на більш низьких потужностях, правда про економічну ефективність тоді годі й говорити.
Завдання СВО подати для охолодження тепловиділяючих вузлів рідкий теплоносій з мінімально можливою температурою - зазвичай на рівні температури зовнішнього повітря. А оскільки система замкнута, то СВО повинна відводити отримане від тепловиділяючих вузлів тепло в навколишнє повітря. Це і кількість відведеного тепла визначає вибір всіх вузлів входять до СВО.
Системи водяного охолодження будуються за різними схемами, але по суті вони представляють собою комбінації двох схем:
- паралельного підключення охолоджуваних вузлів - паралельна схема,
- послідовного підключення охолоджуваних вузлів - послідовна схема,
- комбінація цих схем - комбіновані.
Охолодження кожного наступного вузла в ланцюжку нагрітим попередніми вузлами холодоагенту
Охолодження кожного вузла холодоагентом з низькою температурою на вході
Складно порахувати параметри для кожного охлаждаемого вузла і направити йому необхідну кількість холодоагенту
З метою спрощення СВО призначених для ПК в ній відсутні системи розподілу теплоносія по тепловиділяючим вузлів і частіше застосовується послідовна схема, не дивлячись на її недоліки.
У зв'язку з тим, що на ватерблокі з однаковим коефіцієнтом теплообміну кількість подаваного теплоносія має бути пропорційно тепловиділення, в паралельних системах повинні застосовуватися пристрої розподіляють витрата теплоносія по кожному з паралельно включених пристроїв.
В СВО потужної радіоапаратури і промислових системах з великими витратами і тисками це робиться з допомогу спеціальних станцій управління.
В СВО для ПК, найбільш простий і дешевий спосіб замінити станцію управління - розподільником з каліброваними отворами, загальна площа яких дорівнює мінімальній площі прохідного перетину розводящої системи, а площі окремих діафрагм прямо пропорційні потужності тепловиділення охлаждаемого вузла.
Елементна база СВО
На малюнках 1а, 1б приведені схеми СВО і показана їх елементна база.
- теплообмінник (радіатор з вентиляторами),
- ватерблокі (теплосприймач для тепловиділяючих елементів),
- водяна помпа,
- розширювальний бачок,
- трубопроводи,
- фітинги (перехідники вузол - трубопровід),
- теплоносій - наповнює систему.
Цей типовий набір елементів використовується при створенні СВО будь-якої складності. Просто ці елементи можуть відрізнятися розмірами, конструкцією і кількістю.
теплообмінник
Нагрітий теплоносій (вода або її композиції) для подальшого (повторного) використання необхідно охолодити до вихідної температури. У звичайних умовах це температура навколишнього повітря.
Хоча в умовах підвищеної температури повітря - + 50 ° С і більше з допомогу спеціальних зовнішніх систем - чілерів вода (теплоносій СВО) може охолоджуватися до температур перевищують тугу замерзання води.
Чиллер (Chiller - охолоджувач) - це машина для охолодження, використовується для охолодження технологічного обладнання, водоохолоджувачі охолоджують теплоносій (вода, тосол) і подають його по гідравлічному контуру на споживач (обладнання, теплообмінники).
Чиллери (водоохолоджувачі) знаходить широке застосування в таких областях промисловості, як: переробка пластмас, харчове виробництво, поліграфія, металообробка, лазерна обробка і багатьох інших.
Існуючі теплообмінники діляться на два види:
- теплообмінники з примусовим охолодженням
- теплообмінники з природним охолодженням
теплообмінники з примусовим охолодженням
теплообмінники з природним охолодженням
Не дивлячись на всі запевнення, що помпи працюють безшумно - вони все - таки шумлять. Шумлять вони бо шумлять працюють електромотори, які забезпечують привід насоса. І шумлять тим більше чим більше їх потужність.
Погружная помпа з витратою 600 л / год, напором 1.3 м, споживаної потужністю 11 Вт
Має рівень шуму близько 19 -23 дб в залежності від моделі та терміну експлуатації.
Розширювальний бачок
Призначення розширювального бачка - забезпечити місце для розширюється при нагріванні теплоносія і виключити його витікання або підвищення тиску в системі за рахунок цього. Розширювальний бачок повинен встановлюватися вище найвищого встановленого вузла системи охолодження. Для того щоб все повітря вийшов із рідини в розширювальний бачок.
Іноді розширювальний бачок суміщений з помпою, як це показано на рис. 6в.
Іноді розширювальний бачок поєднують з теплообмінником, див. Рис. 7.
Розширювальний бачок повинен забезпечувати розширення теплоносія в межах його вільного об'єму і виключати витікання рідини з нього в системний блок. В діапазоні тим температур аж до 50 ° С (з урахуванням річного максимуму температури). Тому заливати її вище зазначених на розширювальному бачку міток не рекомендується.
теплоносій
або рідина для СВО
В якості рідини для СВО можна використовувати дистильовану воду або спеціальні рідини для СВО.
Я б не рекомендував застосовувати інші рідини, тому що добавки містяться в них можуть бути хімічно активні і реагувати з матеріалами застосовуваними в СВО.
Рідини для СВО повинні мати властивості:
- Запобігати корозії. Які б у вас не були метали в системі (мідь, алюміній, нікель або латунь) рідина для СВО повинна запобігати будь-яку корозію, ніж забезпечить підвищену надійність і стабільну продуктивність.
- Чи не проводити електрику. Провідність рідин для СВО повинні бути більше 10 μS / cm при 20 ° C.
- Готова до застосування. Рідина поставляється повністю готовою до застосування - немає необхідності в розмішуванні або змішуванні будь-яких компонентів.
- Повинна мати антисептичні властивості. Спеціальні добавки в рідину для СВО, запобігають росту бактерій і водоростей в системі водяного охолодження, тим самим роблячи її більш надійною.
- Хімічна пасивність. Хімічно пасивна рідина для СВО забезпечить сумісність з усіма системами водяного охолодження для комп'ютерів.
- Стабільність. Властивості рідини для СВО повинна зберігати свої властивості протягом усього терміну експлуатації.
Зазвичай вони мають складний компонентний склад, здебільшого складається на основі дистильованої води.
Як добавки перешкоджають розвитку флори і фауни в системі зазвичай використовується етиловий спирт в процентному співвідношенні 16-19%.
Некоторве виробники додають в рідину спеціальні барвники світяться в ультрафіалете і поверхнево активні речовини для поліпшення змочуваності поверхонь вузлів СВО.
В результаті теплопровідність теплоносія падає приблизно на 10% в порівнянні з дистильованою водою.
Нижче наведені результати тестування теплоносіїв [С.3]
Intel Core i7 920 @ 3.8 Ghz
Результати тестованого зразка "зразок" можливо за рахунок застосування поверхнево активних речовин показав трохи кращі характеристики ніж дистильована вода. Омивач для скла невідомого складу показав найкращі характеристики, можливо через відсутність барвника.
Ми повинні пам'ятати, що:
Рідина необхідно періодично міняти, тому що вона насичується солями і іонами металів і з часом стає провідною, а антисептик випаровуючись через деякий час робить можливим зростання мікроорганізмів.
Трубопроводи, фітинги (перехідники вузол - трубопровід)
При складанні своєї СВО брат увагу на діаметр трубопроводів!
В одному з форумів по СВО я прочитав:
На рахунок шуму: помітив що при випробуваннях своєї СВО зі шлангами на 12.5 мм шум різко зменшився в порівнянні з шлангами на 10 мм. Тобто повинна бути якась узгодженість потужності помпи з об'ємом прокачується води.
Це пояснюється просто. Чим більше діаметр трубопроводів тим менший опір вони надають прокачується помпою рідини і тим менше навантаження на помпу.
Аналогічна залежність існує і від довжини трубопроводів. Чим більше довжина трубопроводів тим менша потужність потрібна для прокачування теплоносія.
Що стосується фітингів, то я рекомендував фітинги не під хомути, а так звані компресійні фітинги.
При необхідності рекомендую застосовувати і кутові фітинги, які дозволяють зменшити загальну довжину трубопроводів за рахунок зменшення кількості ділянок трубопроводів вигнутих по радіусу.
Шумові характеристики СВО
Існує і активно культивується думка про такого результату систем водяного охолодження. Ця думка підхоплюють і ті хто ніколи не працював з СВО.
Звичайно можна зробити СВО з низьким рівнем шуму.
Оскільки мінімальний рівень шуму визначається кількістю електромоторів (помп і вентиляторів) забезпечують роботу СВО. Як прикинути сумарний рівень шуму системи я писав раніше [см. С.4].
Зрозуміло, що у ефективної системи шум не може бути нульовим, адже незалежно від теплоносія (повітря це або вода) треба за допомогою вентиляторів забезпечити відведення в атмосферу однієї і тієї ж потужності. Тільки в рідинних системах охолодження додатково потрібно ще й насос - помпа для прокачування теплоносія. І ця помпа, як правило, на порядок потужніша будь-якого вентилятора.
Хоча можна зробити СВО і без помпи - самопливної, але такі СВО мають характеристики на рівні ребристого радіатора.