Vodní okruh pro chlazení PC – je to lehčí, než se zdá (1. díl)

Trocha teorie na začátek

Každý uživatel je spokojený, když jeho PC netrápí vysoké teploty a přitom jej také neruší nadměrný hluk chladičů. Jak toho docílit bych vám rád předvedl pomocí článků, zaměřených na problematiku stavby vodního okruhu a které připravuji ve spolupráci s firmou EK Water Blocks. Cílem textu jsou především začátečníci, proto jsou některé pasáže zjednodušeny v rámci srozumitelnosti. Děkuji za pochopení.

Trocha teorie na začátek

Proč se vlastně musí hardware v počítačích vůbec chladit? Na vině je impedance polovodičových součástek a elektrických obvodů v PC. Vlivem impedance se část elektrické energie při průchodu obvodem přemění v odpadní teplo. Vzhledem k malé ploše moderních polovodičových součástek stačí jen pár desítek wattů bez chlazení a dojde okamžitě k přehřátí. To vede v lepším případě k značnému snížení výkonu vlivem automatického podtaktování, což sníží množství generovaného tepla. V tom horším případě může dojít až k poškození hardware, ale v dnešní době všemožných ochran k tomu dochází naštěstí už jen velmi vzácně.

Konvenční chlazení většiny procesorů, grafických karet nebo jiného hardware je obvykle ve formě bloku hliníkových žeber a měděné základny, propojených pomocí měděných trubiček (heat pipes). Tyto trubičky odvádí odpadní teplo ze základny chladiče do hliníkových žeber. Skrze ty pak proudí vzduch od ventilátorů a tím žebra ochlazuje. Vzhledem k tomu, že vzduch je obecně spíš tepelný izolant než vodič, tak má tento způsob chlazení svoje limity.

Naproti tomu mají kapaliny násobně vyšší tepelnou kapacitu a při správném využití nabízí daleko účinnější chlazení než klasické vzduchové chladiče. Ideální kapalina pro využití v chladiči má vysokou tepelnou kapacitu a tepelnou vodivost, nízkou viskozitu a je levná. Také není toxická a chemicky reaktivní, aby se zabránilo korozi kovových částí v okruhu. Tyto parametry celkem dobře splňuje destilovaná voda a proto je také nejčastěji využívaným médiem v kapalinových chladičích. Proto se jim koneckonců říká vodní chladiče nebo hovorově „vodníci“. Nedostatky destilované vody jsou pak vyváženy různými aditivy v podobě antikorozních látek a/nebo biocidních látek. Teplá voda je totiž výborné prostředí pro pomnožení vodních řas a sinic. Předpokládám, že nikdo nechce mít ve svém počítači takový malý osobní rybníček brčálník.

Chlazení kapalinou samozřejmě také podléhá fyzikálním zákonům, které stanovují určité limity. Vhodnou aplikací těchto zákonů lze nicméně dosáhnout účinného chlazení. Aniž bych vás tady zatěžoval dlouhou a nudnou přednáškou z mechaniky kapalin, rád bych zde letmo zmínil problematiku laminárního a turbulentního proudění. Kapalina tekoucí v trubici má obvykle tendence k laminárnímu toku ve vrstvách, kdy vrstvy nejblíže stěn trubice tečou nejpomaleji a vrstvy uprostřed proudu nejrychleji. Laminární proud ale není moc výhodný pro chlazení bloku ve vodním okruhu. Proto mají bloky vodního chlazení uvnitř tenké destičky s úzkou mezerou, což se chová jako tryska (jet plate), která mění laminární proud na turbulentní. Ten je násobně účinnější v transferu tepla než proud laminární. Kapalina pak protéká vysokou rychlostí skrze malé kanálky v chladícím bloku, které zvětšují kontaktní plochu s kapalinou pro účinnější odvod tepla. Chladící blok musí být dobře navržený, aby nekladl kapalině zbytečně vysoký odpor a příliš nesnižoval rychlost toku.

Pokud to shrneme, tak vhodná kapalina s vysokou tepelnou kapacitou, která využívá vysoké rychlosti toku v okruhu a zároveň turbulentního proudění ve správně navrženém chladícím bloku s nízkým odporem, hladce překoná konvenční chlazení vzduchem.

• Contents
• Trocha teorie na začátek
• A jak to tedy vlastně funguje?
• Závěr a shrnutí