ТермоФаг
 
Звоните нам бесплатно My status Skype Главная Информация Статьи
Другие полезные статьи
"Фреонка по-умному" (рассказ о постройке системы охлаждения, интегрированной в компьютерный корпус и основанной на принципе фазового перехода)

  1. ВВЕДЕНИЕ
  2. "ФРЕОНКА ПО-УМНОМУ"
  3. ВЫВОДЫ

ВВЕДЕНИЕ

Предисловие.

Все современные холодильники работают по принципу фазового перехода, достигая при этом достаточно низких температур и не доставляя своим владельцам неудобств шумом или габаритами. Достаточно давно появились и системы для охлаждения компонентов, работающих на том же принципе – так называемые "фреонки". Известный факт, что максимальная частота работы чипа зависит не только от его технологических особенностей, но и от температуры. Чем ниже рабочая температура – тем выше порог, при котором чип может стабильно работать. Причем тенденция сохраняется и при дальнейшем понижении, чип при -50 будет работать при более высокой частоте, чем при -20.

Всего несколько лет назад, когда тепловыделение процессоров не достигало и 50Вт, подобные системы пользовались спросом только среди горстки энтузиастов, которым были необходимы отрицательные температуры для достижения рекордов разгона. Но в настоящее время тепловыделение процессоров значительно выросло. Так, пиковое тепловыделение Pentium4 (Prescott) при напряжении 1.8В и рабочей частоте 4.3ГГГц превышает 200Вт. Очевидно, что никакие традиционные методы охлаждения не способны эффективно справиться с такой тепловой мощностью. Даже со стандартным тепловыделением старших моделей неразогнанных P4 возникают некоторые проблемы, поэтому системы на основе фазового перехода будут распространяться всё шире, и вскоре, как мне кажется, перестанут быть экзотикой. Что, собственно, не так давно уже произошло с водяными системами охлаждения.

Краткий обзор серийных систем.

Ряд иностранных фирм уже выпускает серийные изделия. Как правило, это системы, смонтированные в корпусе, в котором для них предусмотрен отдельный отсек. Это куда удобнее, чем смастеренные многими энтузиастами ghetto-looking системы без каких-либо кожухов, смонтированные на первой попавшейся дощечке. Оно, конечно, хардкорно, но, на мой взгляд, очень уж неэстетично.

На данный момент известной фирмой, выпускающей серийные системы phase-change, является датская компания Asetek, продающая свои системы под торговой маркой VapoChill. Asetek выпускает на данный момент 4 модели (SE, PE, XE и LS):

Asetek VapoChill Standard Edition (SE) - позиционируется как система начального уровня, она значительно превосходит любые другие системы охлаждения, обеспечивая отвод 130Вт тепла при температуре -5 С и -26 градусов в простое.

Premium Edition - позволяет рассеивать 160Вт тепла при температуре процессора -5 градусов. Температура простоя -32 С. Основное отличие от VapoChill Standard Edition в использовании более мощного компрессора Danfoss BD50, который превосходит используемый в VapoChill SE компрессор Danfoss BD35 по производительности.

Xtreme Edition позволяет рассеивать 180Вт тепла при температуре процессора -5 градусов. В простое температура достигает -35'С. В отличие от других систем серии VapoChill, Xtreme Edition использует другой теплоноситель (R404a), с более низкой температурой кипения (-46.4 при атм. давлении).

Все три системы конструктивно схожи между собой, различаясь только мощностью компрессора и используемым хладагентом.

Фото №1

Фото №2

Light Speed – новая система, представленная фирмой в начале 2004 года. Компрессор питается от 115/230В (в отличие от предыдущих систем, питавшихся от БП компьютера). Позволяет рассеивать 240Вт тепла при температуре процессора -25С. В простое температура достигает -48'С. Система отличается от остальных VapoChill как возросшей производительностью, так и очень высоким уровнем шума и нагрева компрессора

Фото №3, Фото №4

nVENTIV, второй датский производитель, выпускавший серийные системы c 2002 года, прекратил своё существование этим летом. Выпускаемые им модели Mach II, Mach II ST и Mach II GT были конструктивно схожи с VapoChill LS (устройство под АТХ корпусом) и отличались высокой производительностью. Так, топовая модель Mach II GT обеспечивала температуру процессора -20С при рассеиваемой мощности 200Вт.

Фото №5

Обзор моих старых систем.

Ты помнишь, как всё начиналось...

Первой моей собранной фреонкой был ватерчиллер (chiller), в котором роль испарителя играла спиральная медная трубка.. Этот вариант был выбран за свою простоту, не требовалось изготовлять испаритель (что является отдельной проблемой) и хотелось охлаждать не отдельный элемент, а все компоненты (в тот момент у меня стояла водяная система). Я убрал радиатор у водянки, взял другой бачок, побольше, поместил внутрь него трубки испарителя и залил в контур водянки ТОСОЛ. Система работала достаточно эффективно, охлаждая видеокарту, чипсет и процессор (после нескольких часов работы температура ТОСОЛа достигала -15).

Минусом было то, что хладагент (ТОСОЛ) промораживался до минусовой температуры достаточно долго, то есть разогнанный комп нельзя было запускать непосредственно после запуска чиллера, так как температура на процессоре опускалась очень медленно. Шум от неслабого компрессора и помпы водянки так же не добавляли комфорта. Да и габариты, трубки в комнате...

"Фреонка по-хитрому"

Я решил делать direct-die систему. Был уже умудрен опытом построения подобных систем и решил всё делать по-хитрому: вторая система проектировалась сразу в отдельном корпусе, было заранее продумано удобное и не мешающее размещение, шумоизоляция и схема включения. Я старался учесть все минусы, найденные при строительстве чиллера. Корпус габаритами по размерам стандартного компьютерного, 490х210х270 (ДхШхВ), я планировал поставить его под системный блок и протянуть туда трубку испарителя. Конструкция сильно напоминает серийный VapoChill LS (который я увидел гораздо позднее и был немало удивлен сходством). Был выбран мощный низкотемпературный компрессор Tecumseh 574Вт на фреоне R22. Конденсатор серийный Lu-Ve, тихий итальянский вентилятор. Компрессор оказался достаточно тихим, система работала прекрасно. Но такая башня из 2-х корпусов не облагораживала внешний вид комнаты, интерьер не позволял разместить систему скрытно и удобно. Да и зуд творчества не ослабевал. В следующей статье я планирую рассказать подробно про строительство фреонки в отдельном корпусе (а эта статья носит в основном обзорный характер)

Фото №6

Фото №7

"ФРЕОНКА ПО-УМНОМУ"

Постановка задачи.

Мне захотелось сделать то, что еще никто у нас в стране не делал (по крайней мере, мне неизвестно). Целью была фреонка, интегрированная в корпус наподобие Vapochill XE, но по уровню производительности не отстающая от nVENTIV Mach II GT, то есть имеющая производительность на уровне -25...-20 градусов по Цельсию при 150-200Вт тепловыделения процессора. При этом уровень шума не должен был превышать шум мощной водянки или шума нескольких вентиляторов, то есть быть не шумнее "среднего" компьютера, охлаждаемого традиционными методами. Должна быть система для автоматического старта системы и непрерывного отслеживания температуры (скорее для будущих клиентов, чем для меня, впрочем).

Рассказ о сборке.

Схема1

Итак, составные части холодильной машины видны на принципиальной схеме. Компрессор был взят французский L’Unite 204Вт при -23.3 на фреоне R22, достаточно тихий и компактный.

Регулятором потока была избрана капиллярная трубка, подробнее про неё ниже, после конденсатора под цифрой 3 стоит фильтр–осушитель. Фреон, соответственно типу компрессора, R22, с температурой конденсации при атмосферном давлении -40.8.

Для установки системы был выбран BigTower Chieftec DA01-BD размерами 470x205x670 (ДхШхВ)

Фото №8

Немалой проблемой являлось то, что в это корпус (да и ни в один другой) стандартные серийные конденсаторы не влезали. Было принято решение изготовить конденсатор самостоятельно.

Взят алюминиевый радиатор от печки ВАЗ2108 и распилен пополам. Проходящие в нем трубки были соединены между собой так, чтобы фреон проходил их все последовательно. Пришлось паять порядка 30 швов, притом требовалось, чтобы конденсатор мог выдерживать пиковое давление до 25Атм (и рабочее порядка 12-15Атм), так как находится в линии высокого давления. На этот этап ушла неделя работы по вечерам. Опрессовка показала, что конденсатор уверенно держит 35 атмосфер

Фото №9

Фото №10

Вентилятор был выбран обычный 120мм фирмы Akasa (с голубой подсветкой, всё что было под рукой). Шум, производимый им, достаточно низок. Из жестяного листа был изготовлен кожух для более эффективного охлаждения конденсатора (см. фото №18)

Испаритель 50х50х60мм был изготовлен фрезеровкой и спайкой из медной шины 12.5мм по моим чертежам. Жидкий фреон в нем попадает в центр спиральной камеры и получившийся пар с недоиспарившимся фреоном попадают в верхнюю камеру-доиспаритель. Оттуда по сильфонному стальному шлангу газообразный хладагент попадает обратно в компрессор. Испаритель целиком из меди, массой примерно 400 грамм. Можно было сделать более легкую конструкцию, но такая масса является дополнительной защитой (даже если по каким-то причинам фреонка выключится, процессор не сгорит, у него будет более минуты времени для аварийного отключения, пока до опасной температуры не прогреется болванка испарителя). Подошва отполирована до 8й степени чистоты.

Фото №11

фото №12

фото №13

По обычной схеме всё собрано на подготовленной монтажной плате, которая устанавливается уже в корпус. Между собой компоненты паялись меднофосфорным и с примесью серебра (6% и 15% Ag) припоями с помощью горелки с МАРР газом (1350С). Потом в контур закачивался газ под давлением 30Атм и искались утечки. Соединение испарителя с отсасывающим шлангом – резьбовое, с прокладкой из тефлона. Длительные испытания доказали надежность такой схемы.

Фото №14

Блок питания в корпусе остался горизонтально на оригинальном месте, впереди него полностью свободны внешние два 3.5” и два 5” отсека (ну и 6 внутренних для HDD, конечно). К сожалению, верхние четыре 5” свободны только частично (DVD-привода туда не установить, но какой-нибудь реобас вполне влезет). Как это ни грустно, все-таки приходится чем-то жертвовать

Интересующемуся данным вопросом читателю должно быть известно, что точно рассчитать количество хладагента в системе практически невозможно. Эмпирическим путем подбираются оптимальная длина капилляра и количество фреона. Если капилляр слишком длинен и фреона много – будет избыточное давление на линии нагнетания, компрессор будет перегреваться. Если слишком короток и фреона всё еще много – будет повышенное давление на линии отсасывания, что приведет к недостаточно низким температурам. Если длинен и фреона мало – давления в норме, но холодопроизводительность падает. Если короток и фреона мало – это совсем беда.

В общем, опытным путем находится некое оптимальное соотношение количества хладагента и длины капиллярной трубки. Я подбирал так, чтобы при нагрузке 200Вт температура на испарителях была -20..-25 градусов, без нагрузки достигаются приятные глазу температуры в -40 (сравните с показателями лучших серийных.). Ситуация осложняется тем, что случай холостого запуска (без нагрузки) грозит недоиспарением фреона в испарителе и попаданием его в жидкой фазе в компрессор, что может повредить клапаны. Для защиты от такой ситуации перед входом в компрессор поставлена емкость-доиспаритель (на фото №14 цилиндр, обмотанный капиллярной трубкой для теплового замка), в которой недоиспарившийся фреон целиком перейдет в газообразное состояние.

Далее пришлось повозиться с изоляцией от конденсата. Но данная проблема достаточно широко освещена на специализированных сайтах типа (http://xtremesystems.org, http://www.phase-change.com/ ), да и в работах отечественных энтузиастов я уже видел их варианты решения. Если коротко – отсасывающая трубка и испаритель изолируется чем-то теплонепроводящим и воздухонепроницаемым (типа поролона с закрытыми порами). Сокет материнской платы должен заливаться силиконом или диэлектрической смазкой и облепливаться тем же поролоном с обеих сторон. Я поступил примерно так же.

Фото №15

Ну вот, практически, и всё. Осталось повесить температурный датчик и поставить автоматику. Поскольку запускать разогнанный процессор до достижения испарителем низких температур нельзя, была создана схема, по которой при нажатии кнопки запуска сначала начинает работать система охлаждения. По достижении заданной (и настраиваемой) температуры запускается сам компьютер. Время выхода на режим (при температуре -15С) около минуты. В серийных системах реализована похожая схема запуска. Впрочем, можно задать температуру включения, скажем, + 20 градусов и система будет загружаться сразу. Так же (дублируя встроенную систему автоматического отключения при перегреве) стоит система, выключающая питание, если температура испарителя достигает определенной критической. Ну и текущая температура выводится на дисплейчик, так что всегда можно видеть, в каком морозце работает любимый проц.

Фото №16

Фото №17

фото №18

Тестирование.

Моя родная система собрана на Epox 8RDA3 (nForce2Ultra), процессоре Duron (Applebred) 1.4ГГц и 133МГц шиной и памяти PQI PC3200. У Duron-а был включен дополнительный кэш, так что он превратился в Athlon XP, с шиной 200МГц и тактовой частотой 2.0ГГц. При водяном охлаждении он разгонялся (в смысле, устойчиво работал) с повышением питания 1.8В до 2152МГц и шиной 205МГц *10.5. Расчетное тепловыделение 95Вт. При этом температура с мощной водянкой поднималась до 45-50 градусов.

После установки фреонки тактовая частота составила 2750МГц, шина 220МГц*12.5, при напряжении 2.05В. Расчетное тепловыделение 180Вт. Температура на испарителе -23 градуса, на процессоре -15. К сожалению, датчик материнской платы не показывает температуру ниже нуля.

На практике эта система используется мною на момент написания статьи в качестве круглосуточного сервера в локальной сети.

Фото №19

Еще одна система, на которой тестировалась фреонка – AsusP4P800 и Prescott 3.0ГГц. После разгона частота процессора стала равна 4.45ГГц при напряжении 1.9В. Расчетное тепловыделение – 215Вт. Температура испарителя -21, процессора -12.

ВЫВОДЫ.

Экономически обосновывая:

Я планирую переходить в ближайшем будущем на А64 1.8ГГц (2800+) 140долл. Планируемый разгон заставит его работать на 2.8-3ГГц. При цене А64 4000+ (2.6ГГц) в 800-900долларов, фреонка сразу начинает себя окупать. При этом она будет переходить с процессора на процессор по мере того, как системы будут устаревать и заменяться, то есть вложив деньги один раз и покупая изредка младшие в линейке и недорогие модели процессоров, я ближайшие годы буду иметь самый быстрый компьютер.

Кратко резюмируя:

  • Разгон сверх традиционных методов (если водянку можно считать обычным) для Атлона составил 600МГц, то есть прирост по частоте примерно на 30%. Очевидно, что иными методами получить подобный прирост невозможно.
  • Мощность системы равна запланированной (-25 при 200Вт), что опережает все известные интегрированные системы
  • Шум вписывается в поставленные рамки, в нескольких шагах почти неразличим
  • Удобство пользования, отсеки и блок питания остались на месте
  • Встроенная автоматика и контроль температур позволяют не задумываться о сложности системы и пользоваться как обычным компьютером, время проморозки испарителя до нужной температуры и выхода на рабочий режим около минуты
  • Система способна работать в режиме 24\7

Итак, система перед вами. Судить Вам, удалось ли мне достичь поставленной цели.

Благодарен всем участникам конференций Overclockers.ru и Modlabs.net за неоценимую помощь и особенно Sladky и Steff.

Источник: http://www.overclockers.ru
Последние новости Популярные статьи Контакты

Телефоны для связи:



Техническая поддержка
с 10-00 до 17-00 мск
E-mail: sale@climcam.ru
climcam.spb@inbox.ru

Просмотреть схему проезда

Региональные представители »
Copyright © , 2017. Все права защищены.
Любое полное или частичное воспроизведение материалов сайта возможно
только при наличии активной гиперссылки на источник: http://www.climcam.ru
Климатическая камера, испытательная камера, термооборудование, климатическое и лабораторное оборудование. Производство, продажа, модернизация, техническое обслуживание, ремонт. – ©

Viewable With Any Browser Valid XHTML 1.0 Transitional Правильный CSS! Display the location of this web page [no-www Class A] Russia

Находится в каталоге Апорт Rambler's Top100

"Фреонка по-умному" (рассказ о постройке системы охлаждения, интегрированной в компьютерный корпус и основанной на принципе фазового перехода). Информация. Статьи. Климатическая камера. Испытательная камера. Производство и модернизация.климатических технологий лабораторного оборудования испытаний исследований климатических технологий лабораторного оборудования испытаний исследований Статьи 632305222316434