V nově postaveném PC nebyl vodník použit, takže zde uvedené díly jsou za rozumnou cenu (dohodou) k dispozici zájemcům, pište prosím na dole uvedený e-mail

Použití kapalinového chlazení ve stolním počítači

1) Proč použít kapalinové chlazení

2) Konkrétní řešení

3) Srovnání klasického a kapalinového chlazení

4) Použití čerpadla Eheim místo čerpadla Primecooler

5) Výměna grafické karty bez zásahu do kapalinového chlazení

1) Proč použít kapalinové chlazení

Moderní rychlé procesory obsahují stále větší počet tranzistorů a přestože se rozměry jejich čipů příliš nemění, zvětšuje se jejich příkon a tím i potřeba odvádět stále větší množství tepla z velmi malé plochy. Platí to nejen pro hlavní procesory "CPU" (AMD, Intel), ale i pro procesory na grafických kartách "GPU" (nVidia, ATI). Například procesor AMD Barton 3200 má na čipu 54 milionů tranzistorů a maximální příkon až 76W. Procesor grafické karty Radeon X700 (jádro RV410) má dokonce 120 milionů tranzistorů a maximální příkon (odhadem) až 35W.

Nejčastěji používaným způsobem chlazení nejen hlavního procesoru, ale i procesoru grafické karty a čipu northbridge (obvod na základní desce, oddělující vlastní procesor od ostatních obvodů) je použití žebrovaného, všelijak důmyslně tvarovaného chladiče, doplněného v naprosté většině případů aktivním větráčkem.
Tyto větráčky, přestože bývají poslední dobou vybaveny obvody pro regulaci otáček, nepříjemně hlučí, zejména v teplých letních dnech a hlavně, životnost jejich ložisek je vzhledem k všudypřítomnému prachu velmi omezená. Teplo je ze skříně špatně odváděno, je potřeba budovat otvory v bočních krytech či různé větrné "tunely" pro přívod chladnějšího vzduchu zvenku a podobně.
Proto se jako velmi zajímavé řešení jeví použití kapalinového chlazení jednoho či více procesorů. Základní princip tohoto chlazení je jednoduchý, na součástku - zdroj tepla se upevní tepelně velmi dobře vodivý blok (obvykle měděný), v němž je vyfrézovaná meandrovitá drážka, kterou protéká chladicí kapalina. Jednotlivé chladicí bloky, je-li jich více, jsou propojeny do série hadičkou a celá sestava je doplněna radiátorem, umístěným obvykle mimo počítačovou skříň a samozřejmě i čerpadlem, které protlačuje chladicí kapalinu celým systémem.  V systému je ještě, buď samostatně nebo jako součást čerpadla, expanzní a plnicí nádobka pro chladicí kapalinu. 

2)Konkrétní řešení kapalinového chlazení

 Protože tento způsob chlazení není ještě příliš rozšířen, je úměrně tomu na trhu i poměrně malá nabídka možných prvků nebo celých sestav.
Po průzkumu trhu jsem se především rozhodl, že čerpadlo musí být napájeno z počítače napětím 12V. Na trhu jsou totiž i čerpadla, napájená z 230V sítě, v podstatě obdoba čerpadel do zvlhčovacích bytových fontánek, ale kromě složitějšího ovládání chodu (čerpadlo musí běžet současně se zapnutým počítačem, takže musí být ovládáno pomocí relé nebo optotriaku) se i hůř měří otáčky, ve většině případů to ani nejde a správnou funkci čerpadla je pak nutno monitorovat nepřímo, vložením čidla průtoku do chladicího okruhu. Volba padla na čerpadlo od firmy Primecooler, které je na 12V, má výstup impulzů, slučitelný s výstupy běžných větráčků a tím umožňující přímo obvody základní desky monitorovat otáčky čerpadla a kromě toho je součástí čerpadla i nádobka na chladicí kapalinu. K čerpadlu je nutno samostatně objednat dvě šroubení, jsou to jakési rychlospojky pro plastovou hadičku, které, ač se velmi snadno "připojují", ani po čtyřech měsících provozu nevykazují žádnou netěsnost.

Dalšími díly chladicího systému jsou chladicí bloky na jednotlivé integrované obvody. Zde jsem vybíral jednak podle způsobu  upevnění hadice, kde jsem preferoval centrální matici před různými drátěnými sponami a dalším kritériem byl úhel, pod nímž hadice vystupuje z chladicího bloku, aby uspořádání ve skříni bylo přehledné, bez jakýchkoliv ostrých ohybů či kolizí s obsahem skříně. Výsledkem výběru je použití bloku na CPU a GPU od jednoho výrobce a bloku na northbridge od jiného. Jednotlivé bloky vypadají takto:

Do sestavy ještě patří radiátor, ten je od stejného výrobce, jako bloky na CPU a VGA. Radiátor je osazen tichým větráčkem o průměru 120mm s regulací otáček potenciometrem, umístěným na panýlku v jednom volném slotu. Také radiátor, stejně jako čerpadlo, má vyvedeny impulzy pro měření otáček obvody základní desky.


Všechny výše uvedené komponenty jsou propojeny do série běžně dostupnou PVC hadičkou o vnějším průměru 10mm, kterou je nutno pro připojení do čerpadla slepit vteřinovým lepidlem s malým (cca 40mm dlouhým) kouskem originální hadičky trochu většího průměru, odpovídající otvoru v rychlospojce na čerpadle a před nasazením na šroubení chladicího bloku northbridge je nutno hadičku nahřát fénem pro malé zvětšení průměru. Radiátor je přilepen oboustrannou samolepicí páskou na horní stranu počítačové skříně, čerpadlo je na stole vlevo vzadu vedle skříně.  Před uvedením do provozu je nutno do nádobky čerpadla nalít speciální chladicí kapalinu (pozor, není to Fridex ani nic podobného a příliš není doporučována ani destilovaná voda - některé prvky chlazení jsou z hliníkových slitin a těm by zřejmě samotná voda škodila) a po spuštění a odvzdušnění případně ještě kapalinu doplnit. Otáčky čerpadla a větráčku radiátoru monitoruje obvod na základní desce a zpracování dat probíhá v programu Motherboard monitor, včetně ošetření krizových stavů jako porucha čerpadla a podobně. V takovém případě se spouští program pro vypnutí PC a počítač se regulérně vypne. Celé to vypadá takto, čerpadlo je vlevo dole:


Ve skříni tak kromě teplotně regulovaného pomaloběžného 120mm větráku zdroje zbývá jenom teplotně regulovaný větráček 80mm na zadní stěně, který ale má tak pomalé otáčky, že není vůbec slyšet, stejně jako větrák zdroje. Tento větráček pomáhá při vyšší teplotě okolí odvádět ze skříně přebytečné teplo.

 3) Srovnání klasického a kapalinového chlazení 

Před instalací kapalinového chlazení byly použity samostatné chladiče s větráčky na jednotlivé integrované obvody. Na CPU to byl chladič Gigabyte GH-PCU21-VG(3D Cooler-Pro), poměrně masivní chladič s turbínkou uvnitř mohutného žebrování, na grafické kartě byl původní chladič s větráčkem a na čipsetu (northbridge) nForce2 původní pasivní žebrovaný chladič, přilepený teplotně vodivou samolepicí páskou. Dále byl ve skříni instalován třívětráčkový modul do 5 1/4" pozice, s ovládacím panýlkem pro nastavení spínací teploty a s čidlem pro její měření a zobrazení. Čidlo (termistor) bylo umístěno v prostoru paměťových modulů a teplota v tomto místě byla za běžného provozu kolem 40 stupňů. Při nastavení teploty pro sepnutí na 45 stupňů se v letních dnech větráčky pravidelně zapínaly a při nějaké náročnější činnosti (převod mpegu z jednoho formátu do jiného) běžely prakticky trvale.
Teplota procesoru v klidu při nastavených 3000 otáček (to už je dost hlučný stav) byla kolem 38 stupňů, při plném zatížení až 54 stupňů, vše měřeno poměrně přesně kalibrovaným teploměrem. Aby vůbec byly teploty takto "nízké", bylo nutno doprostřed chladicí turbínky přivádět vnější chladnější vzduch otvorem v bočním panelu, nastaveným větrným tunýlkem slepeným z platické hmoty.
Čip grafické karty měl při běžném provozu cca 57 stupňů, měřeno programem ATITools.
Chladič čipsetu měl teplotu kolem 55 stupňů, měřeno infrateploměrem.

Takhle vypadaly původní chladiče před instalací kapalinového chlazení:

Po instalaci "vodníka" je teplota CPU v klidu 33 stupňů, při maximálním zatížení 41 stupňů, procesor grafické karty má v klidu kolem 36 stupňů, teplota čipsetu se nedá změřit, jelikož celý čip je zakryt blokem kapalinového chladiče. Teplota ve skříni klesla o 10 stupňů, měřeno výše popsaným termistorovým čidlem v prostoru operačních pamětí.
Z těchto výsledků plyne, že kapalinové chlazení (běžně se sice nazývá vodní chlazení, ale v systému koluje chladicí kapalina, ne voda) výrazně snižuje teplotu jak integrovaných obvodů, tak sekundárně, tím, že teplo je kapalinou odvedeno mimo skříň, i teplotu uvnitř skříně. Velkou výhodou je rovněž podstatné snížení hluku, protože čerpadlo je prakticky bezhlučné a větráček radiátoru při svých cca 1100 otáčkách za minutu jen jemně šumí.
Nevýhodou tohoto řešení je poměrně vysoká cena, která ovšem z pohledu toho, kolik větráčků už jsem musel pro zvýšenou hlučnost vyměnit není zase až tak vysoká, dále je trochu složitější montáž, kde je nutno zajistit naprostou těsnost chladicího systému a důležitá věc je i nutnost trvalého monitorování systému, protože porucha čerpadla znamená velmi rychlý nárůst teploty všech chlazených prvků. Toto řeším monitorováním průtoku kapaliny průtokoměrem a teploty CPU čidlem na základní desce, oboje programem MBM, přičemž překročení nastavené maximální hodnoty kterékoliv z těchto dvou hodnot způsobí vyvolání programu winshut.exe s parametrem -p pro vypnutí počítače.
Pokud jde o údržbu, jediné, co je třeba občas udělat, je odstranění prachu z žeber radiátoru.

 4)Použití čerpadla Eheim místo čerpadla Primecooler

Čerpadlo od Primecooleru (vyobrazené výše) se ukázalo jako nepoužitelný brak, postupně čtyři (!) kusy po sobě v intervalu řádově týdnů přestaly fungovat, příčina vždy stejná - netěsnost uvnitř nádoby a následný průnik chladicí kapaliny do elektroniky čerpadla. Vzhledem k tomu, že čerpadlo je jednou provždy sestavené, zalité a slepené, je jeho rozebrání bez současného zničení nereálné a tudíž případná oprava nepřichází v úvahu.

Abych nemusel poté, co se rozbilo i poslední čerpadlo, vracet do počítače tři klasické chladicí větráčky na procesor, čipset a grafiku, což je poněkud zdlouhavá a nepříjemná práce, použil jsem jako nouzové řešení ponorné čerpadlo do akvária (nebo také vodní fontánky), provizorně umístěné v kuchyňské plastové nádobce a napájené z 230V, spínaných současně s počítačem - takto je již spínán zesilovač k reprosoustavě, modem , tiskárna a monitor, takže vše vyřešilo přidání síťové rozdvojky. 

Vypadalo to takto:

Vadná čerpadla jsem v záruční době vrátil dodavateli a na základě příznivých referencí na webu jsem zvolil jako náhradu čerpadlo Eheim HPPS 12V, což je dvanáctivoltová modifikace původně ze sítě napájené řady čerpadel. K tomuto čerpadlu je ovšem nutno ještě přidat plnicí a současně expanzní nádobku. Oba tyto komponenty dodává firma Innovatek, stejně jako další doplněk, průtokoměr, který je nutno použít kvůli indikaci průtoku kapaliny a tím i správné funkce chladicího systému. Čerpadlo Eheim totiž nemá výstup impulzů, použitelný pro indikaci otáčení, toto musí zařídit až průtokoměr, jehož třípólový přívod se připojí do konektoru na základní desce, určeného původně pro připojení ventilátoru.  Tento průtokoměr je možno použít i pro poměrně přesné určení množství protékající chladicí kapaliny za jednotku času, výrobce udává přepočítávací konstantu 2800ot/min = 1l/min. V mém konkrétním případě je toto množství 0,4l za minutu.

Takhle vypadají jednotlivé komponenty modifikovaného chladicího systému:

Výkonově je toto řešení srovnatelné s předchozím, alespoň pokud jde o srovnání teploty CPU. Čerpadlo Eheim má menší spotřebu, uváděná hodnota je 2,5W oproti až 9W pro čerpadlo Primecooler. 

 5)Výměna grafické karty bez zásahu do vodního chlazení

Čas ukázal nutnost výměny grafické karty ATI Radeon X700 za ATI Radeon X1600 Pro, obě pro AGP rozhraní. V souvislosti s tím se ukázalo, že ze strany vodního chlazení to není žádný problém. Z nové grafické karty jsem opatrně sejmul chladič (ten je nejen na GPU, ale i na pamětech na straně součástek).
Po očištění GPU od teplovodivé pasty (bylo jí tam opravdu hodně - to je známý problém karet od ATI Sapphire) jsem na všech 8 pamětí nalepil pasivní chladiče od firmy Zalman ZM-RHS1, navíc jsem pasivní chladič stejné značky ZM-VHS1 (sice původně určený pro jinou kartu, ale po odstranění čudlíků je použitelný) nalepil teplovodivou samolepkou i na Rialto AGP-PCIe můstek, který je za provozu velmi horký. Vypadá to takto:

Vlastní přehození vodního chladiče ze staré na novou grafickou kartu je velmi jednoduché, není nutno nic rozebírat ani vypouštět kapalinu, jen je nutno očistit chladicí plochu vodního chladiče od staré teplovodivé pasty a na GPU nanést pastu novou - velmi tenkou vrstvu. Upevnění je stejné jako u minulé karty, pomocí dvou šroubků, matiček a několika podložek. Teplota GPU, měřeno ATITool 0.25 beta 14 je v klidu 39 stupňů, při maximálním zatížení GPU (3D "chlupatá krychle" v ATITool) 50 stupňů.

Případné připomínky, náměty a dotazy prosím na jan zavináč grill42 tečka cz. Děkuji.

Na stránku hardware.