Фреоновое охлаждение компьютера своими руками

Обновлено: 07.07.2024

С ростом тепловыделения компонентов современных ПК появляются и новые системы охлаждения этих компонентов. Если раньше процессору достаточно было небольшого пассивного радиатора, то теперь этот радиатор годится в лучшем случае для установки на южный мост материнской платы. Современный процессоры требуют минимум хороший медный кулер, а с разгоном, порой, и систему водяного охлаждения.
Воздушные кулеры я намеренно обделил вниманием – в данной статье речь пойдет об альтернативных системах охлаждения, которые распространены гораздо меньше, а иногда вообще являются эксклюзивными. Итак, приступим!

Тепловые трубки
В основном, тепловые трубки используются вместе с воздушными системами охлаждения, но не упомянуть о них я не могу, тем более что сейчас на рынке представлено огромное количество кулеров с применением этой технологии.
Тепловая трубка представляет собой герметичный цилиндр, внутри которого, находится жидкость и капиллярно-пористый материал – фитиль. Также из трубки откачан воздух. При нагревании одного конца, жидкость переходит в парообразное состояние и стремится в зону с меньшим давлением, то есть в другой конец трубки. Там жидкость конденсируется и под действием капиллярных сил возвращается обратно в зону испарения. Естественно, что зону конденсации надо охлаждать, иначе желаемого эффекта от трубки достичь не получится. Проще говоря, если нагреваем один конец трубки, надо охлаждать второй.
Тепловая трубка обеспечивает перенос тепла из одного конца в другой быстрее, чем медный цилиндр такого же диаметра, так что в ее эффективности сомневаться не приходится.

Достоинства:
+ Перенос тепла из одной точки в другую, которые при этом могут находиться на большом расстоянии друг от друга.
+ Быстрый отвод тепла от охлаждаемого элемента.
+ Бесшумность работы.
+ Зона испарения может находиться выше зоны конденсации.

Недостатки:
– Необходимость обеспечить плотный контакт зоны конденсации с охлаждающим элементом (радиатор), что сделать обычно непросто.
– Высокая сложность, а порой и невозможность самостоятельного изготовления.

Тепловые трубки отлично подошли для кулеров видеокарт. От радиатора на ядре видеокарты, тепло с помощью тепловых трубок также отводится на обратную сторону карты, где установлен похожий радиатор. Вместе они отлично справляются с охлаждением, а главное – никакого шума.

Существуют даже корпуса, в которых благодаря тепловым трубкам все элементы ПК охлаждаются без единого вентилятора! Корпус здесь является по совместительству еще и радиатором, к которому крепятся все тепловые трубки. Огромный вес и фантастическая стоимость немного омрачают картину, но не будем о грустном.

Термосифон
Коли уж я затронул тему тепловых трубок, то надо сказать пару слов и о термосифоне. Он был предшественником тепловых трубок и действует по тому же принципу, но имеет один серьезный недостаток. Этот недостаток – возможность работы, только если зона конденсации находится выше зоны испарения.
Термосифон – та же трубка с откачанным воздухом и жидкостью внутри, но без фитиля. Так как, фитиль отсутствует, то возврат жидкости в зону испарения происходит под действием сил притяжения земли, а не за счет капиллярных сил, как в тепловой трубке. Из-за этого и жесткое требование к положению зон испарения и конденсации.

Достоинства:
+ Перенос тепла из одной точки в другую, которая может находиться на большом расстоянии от первой.
+ Быстрый отвод тепла от охлаждаемого элемента.
+ Бесшумность работы.
+ Изготовить самостоятельно гораздо легче, чем тепловую трубку.

Недостатки:
– Необходимость обеспечить плотный контакт зоны конденсации с охлаждающим элементом.
– Работает только при условии, что зона конденсации находится выше зоны испарения.

Такие системы по понятным причинам серийно не производятся, их можно встретить разве что у энтузиастов, которые изготавливают их самостоятельно.

Чаще всего водоблоки изготавливают из меди, так как она обладает высокой теплопроводностью. Водоблоки из алюминия менее эффективны.

Существуют системы, где элемент Пельтье охлаждается воздушным кулером, но производительность таких систем весьма посредственна. Использование ТЭМ вместе с воздушными системами охлаждения в нашем случае не оправдано.

Достоинства:
+ Возможность получения температур, близких к нулю, или, во всяком случае, меньше температуры окружающей среды.
+ Небольшие размеры самого модуля.
+ 7/24 система.

Недостатки:
– Обязателен качественный блок питания, который сможет питать модуль Пельтье.
– Напряжение на ветке БП, к которой подключен модуль, может просесть ниже допустимых пределов.
– Низкий КПД модуля Пельтье.
– СВО должна отводить суммарное тепловыделение модуля Пельтье и процессора.

Достоинства:
+ Возможность опустить температуру нескольких охлаждаемых элементов ниже нуля.
+ Нет необходимости использовать радиатор в контуре СВО (точнее, это даже снижает производительность системы).
+ 7/24 система.

Недостатки:
– Система очень громоздкая, занимает много места.
– Необходимо теплоизолировать весь контур СВО! Так как температура жидкости ниже окружающей, конденсат будет образовываться на водоблоках, на шлангах, на расширительном бачке и т.д.
– В контуре СВО должна быть незамерзающая жидкость типа антифриза, которая при этом не должна разрушать шланги системы или другие ее элементы.
– Сложность в сборке, настройке и монтаже чиллера.

Здесь ситуация аналогична предыдущей. Готовых систем мало, а энтузиасты сами собирают то, что им нужно.

Достоинства:
+ Возможность достижения низких температур и, следовательно, больших частот охлаждаемого элемента.
+ Бесшумность системы (бульканье в стакане не в счет:)).

Достоинства:
+ Возможность достижения низких температур на охлаждаемом элементе.
+ Вывод тепла за пределы корпуса.
+ Высокий КПД системы.
+ 7/24 система.

Недостатки:
– Большие габариты системы.
– Высокая стоимость готовых систем.
– Требуется теплоизоляция материнской платы, частично испарителя и отсасывающей трубки в системе фазового перехода.
– Шумность системы зависит от производителя и модели компрессора. Чем компрессор мощнее, тем выше шум.
– Невозможно быстро запустить компьютер.
– Высокая сложность, а порой и невозможность самостоятельного изготовления.
– И снова, уникальная возможность изощренно убить железо .

Как ни странно, но серийные системы фазового перехода существуют. Поставляются они либо уже вместе с корпусом, либо отдельно, небольшим блоком, на который ставится корпус. Эти системы могут отводить от охлаждаемого элемента 200 Вт тепла, обеспечивая при этом температуру в -33 градуса Цельсия. Цена такой системы сравнима со стоимостью среднего компьютера.

Стало интересно, насколько громко работает компрессор? Стоит подойти к холодильнику во время его работы, и все станет ясно .

Достоинства:
+ Возможность достижения экстремально низких температур на охлаждаемом элементе.
+ Высокий КПД системы.
+ 7/24 система.

Недостатки:
– Большие габариты, система не влезет в корпус.
– Высокая стоимость компонентов систем и хладонов.
– Требуется теплоизоляция материнской платы, частично испарителей и отсасывающих трубок в системах.
– Шумность системы, особенно, если контуров много.
– Большое потребление электроэнергии такой системой.
– Невозможно быстро запустить компьютер.
– Высокая сложность, а порой и невозможность самостоятельного изготовления.

А вот купить каскады уже не представляется возможным. Их изготавливают сами энтузиасты для своих специфических целей.

Достоинства:
+ Возможность достижения экстремально низких температур на охлаждаемом элементе.
+ Нет необходимости во втором компрессоре.
+ Высокий КПД системы.
+ 7/24 система.

Недостатки:
– Большие габариты.
– Высокая стоимость системы.
– Сложность в настройке.
– Требуется теплоизоляция материнской платы, частично испарителей и отсасывающих трубок в системе.
– Шумность системы зависит от производителя и модели компрессора.
– Невозможно быстро запустить компьютер.
– Высокая сложность, а порой и невозможность самостоятельного изготовления.

Автокаскад вообще очень редкий зверь, поскольку с ним проблем гораздо больше, чем с обычным каскадом. Такие системы серийно не производятся, да и не каждый экстримщик решится собрать такое чудо.

Достоинства:
+ Возможность достижения экстремально низких температур.
+ Бесшумность системы (опять же, бульканье не учитываем:)).

Выражаю благодарность Дену, Негодяю, Big_Sam’у, Clear66, Sladky, TiN’у и [Viru$]’у за предоставленные фотоматериалы.

Так как информации о фреоновом охлаждении в русскоязычном Интернете не очень много, то я кратко опишу основные понятия и принципы работы. Сразу замечу, что я не профессионал, никакого специального образования в данной области не имею и, всё чему научился — из форумов и статей. Поэтому кое в чём могу ошибаться. Итак, приступим!

Основными компонентами простейшей системы фреонового охлаждения являются: компрессор, испаритель, конденсер, фильтр, капиллярная трубка. Также необязательным компонентом может быть глазок, ну и хладагент (рефрижерант, фреон). Все части образуют замкнутый контур, по которому движется фреон.

Капиллярная трубка разделяет контур на две области — область высокого давления и область низкого давления. Компрессор перекачивает газообразный фреон на сторону конденсера, создавая в этой области высокое давление. При высоком давлении фреон начинает отдавать тепло и переходить в жидкое состояние. Жидкий фреон проходит через фильтр/драер. Дальше по капиллярной трубке фреон попадает в испаритель, в зону низкого давления. При этом фреон начинает активно испарятся, забирая тепло из окружающей среды. Компрессор прокачивает этот испарившийся фреон на сторону конденсера и цикл повторяется.

Компоненты системы

Компрессор
От выбора компрессора будет зависеть производительность системы, поэтому нужно знать хотя бы некоторые характеристики герметических компрессоров.

Мощность (л.с.). Подходят компрессоры от 1/8 до 1 л.с. Если неизвестна мощность в л.с., то желательно найти производительность в ваттах.
Температурный режим. Компрессоры делятся на высокотемпературные (HBP-High Back Pressure), средне- (MBP-Medium Back Pressure) и низкотемпературные (LBP-Low Back Pressure). Иными словами, рассчитаны на работу в системе, которая обеспечивает определённую температуру. Так как в данном случае необходимо достичь минимальной температуры, то больше всего подходят низкотемпературные компрессоры.
Тип хладагента. Компрессоры изготовляются с расчётом на определённый тип фреона — разныё типы требуют разного давления. В зависимости от типа фреона в компрессорах используется разное масло.

Конденсер
Конденсер — это тот же радиатор, изготовленный с расчётом на более высокие давления. Так как для данной системы важен размер, то конденсер должен быть как можно меньше и при этом обдуваться вентилятором.

Фильтр/драер

Как следует из названия, драер фильтрует входящую жидкость от влаги, частиц и пыли, предотвращая забивание капиллярной трубки и выхода из строя компрессора.

Испаритель

Испаритель — это обычно медный блок с испаряющимся фреоном. Испаритель крепится к процессору и забирает от него тепло. Конструкция испарителя имеет много общего с тем же водоблоком — нужно попытаться достичь максимального внутреннего объема и испарения фреона прямо над ядром процессора.

Xладагент

Все охладители идентифицируются буквой R (refrigerant) и порядковым номером. Основное различие между хладагентами состоит в температуре перехода из жидкого состояния в газ.
Вот только некоторые, подходящие для использования в данном случае — R134а, R22, R12, R404а, R507. Также следует учитывать цену — некоторые низкотемпературные хладагенты достаточно дорогие для экспериментов.
У меня был выбор между хладагентами R134а и R290. Я остановился на R290 из-за более низкой температуры кипения.

Капиллярная трубка

Капиллярная трубка не единственное устройство, обеспечивающее разделение системы на две области (работоспособность системы), но она является наиболее надёжным типом трубок. С одной стороны лучше найти капиллярную трубку малого внутреннего диаметра (потребуется меньшая длина), но при этом увеличиваются шансы забивания ее частицами. Чтобы предотвратить это нужно обязательно ставить фильтр перед капилляром. Я использую трубку с внутренним диаметром 0.7мм.

Инструмент

Для сборки фреонки кроме обычного инструмента понадобится:

пропановый паяльник, а лучше ацетиленовый или с IMAPP GAS;
обычный припой, оловянный не подходит. Лучше найти с 15% (или более) содержанием серебра;
манометры — один из обязательных аксессуаров при настройке системы, так как необходимо следить за давлением на обеих сторонах контура;
инструмент для резки и изгиба медных трубок;
вакуумный насос — если нет специального насоса (они обычно достаточно дорогие) можно использовать другой компрессор для создания вакуума в системе;
теплоизолирующий материал — пенорезина и пенорукава для того чтобы не допустить выпадение конденсата.
течеискатель — желательно, если вы хотите собрать герметичную систему с первой-второй попытки, а не с десятой (прим. LaikrodiZ)

В данной системе я использовал такие компоненты:

компрессор Embraco EMI100hlc мощностью 1 л.с.
конденсер — перепаянный из автомобильного
фильтр
испарители — так как у меня нет возможности сделать испаритель самому, то пришлось покупать. Выбор был не большой — Baker’s CPU evaporator и Baker’s GPU Evaporator.
всасывающая трубка — можно использовать и медную, но желательно, чтобы она была гибкая. Поэтому я купил трубки из нержавеющей стали, которые используются для подключения газовых плит. (Трубка должна держать давление как минимум 10 атмосфер и оставаться гибкой при температурах около -50 по цельсию! Уточните перед покупкой так как не все газовые шланги держат такие давления и температуры — прим. LaikrodiZ)

Вот как выглядит эта часть контура вместе (в самом конце работы над проектом я немного изменил разделитель):

И наконец, капиллярная трубка и кое-что из необходимого инструмента:

Корпус я взял, серверный Yeong Yang Cube Server Case YY-0221. Для отвода тепла от конденсера сначала пришлось сделать жалюзи в верхней крышке:

Затем все компоненты крепятся внутри и паяется контур:

После пайки систему нужно проверить на герметичность, вакуум и высокое давление.

Изоляция и крепления

Трубки изолировались специальным поролоном, испарители я поместил в пластмассовые корпуса (части пластиковых бутылок) и залил монтажной пеной.

Система контроля

Для того чтобы включать компьютер и фреонку вместе, я купил такой Relay Switch. В инструкции он описывался как устройство для запуска насоса водянок:

Но, конечно, запускать компьютер при разогнанной системе пока температура на испарителях не упадёт — не очень хорошая идея, поэтому была куплена ещё одна схема — CPU Delay Timer Kit.

Он позволяет задержать загрузку компьютера (при этом вентиляторы в системе работают). Время перед загрузкой выставляется от 1 секунды до 1часа.

Для вывода информации о состоянии системы используется LCD-дисплей Matrix Orbital LK204-24-USB. Из основных характеристик стоит выделить:

USB интерфейс;
подключение до 6 температурных датчиков;
подключение до 6 вентиляторов (PWM Mode);
возможность подключать LED’s, неонки и другие подобные устройства;
всё контролируется программно, я использовал программу LCDC.

Вот как выглядит собранная система :

Два датчика температуры закреплены на испарителях

Тестирование и разгон

AthlonXP 2500+ “Barton”
Abit NF-7 Rev 2.0
Geil Golden Dragon 2x256Mb PC3500 DDR
Radeon 9700 PRO

Сначала я протестировал систему без нагрузки. Результат: температура на обоих испарителях опустилась до -51С. Без разгона температура держалась на уровне -43С для видео и -44С для ЦПУ:

Максимальная частота, на которой система работает стабильно (проходит все тесты):

Процессор: 2630MHz (219x12)@2.1V
Видеокарта: 400/680 (core/memory), без вольтмодов

При этом температура на испарителях держится -35-36С без нагрузки и опускается до -34С при загрузке системы. Подсокетный датчик показывает температуру на процессоре +11С, которая при нагрузке поднимается до +16С.

Выводы

Данная система имеет свои плюсы и минусы.

Сначала о недостатках:

производительность фреонки с двумя испарителями ниже, чем при использовании двух отдельных контуров;
в корпусе осталось очень мало свободного места (один 5.25" отсек и возможность разместить не больше двух HDD);
испаритель видеокарты закрывает несколько PCI слотов, свободными остаются всего 2, в остальных можно использовать только низкопрофильные карты.

Плюсы:

комплексное экстремальное охлаждение процессора и видеокарты с возможностью работы в режиме 24/7;
низкий шум при работе системы;
эстетичность;
полный контроль состояния системы;
наибольшим плюсом является компактность (all-in-one дизайн), ради этого и затевался данный проект.

Фреонка (замкнутая холодильная машина для ПК, Freon PC) – замкнутая система для охлаждения процессора (обычно), представленная как холодильная машина.

Состоит из компрессора, конденсатора с вентилятором, теплосьёмника с креплением для процессора, капиллярной трубки и соединяющей трассы заполненной фреоном.

Действует как стандартная холодильная машина: фреон сжимается, превращаясь в жидкое агрегатное состояние, проходит через теплосъёмник нагреваясь и испаряясь, превращается в горячий газ, который конденсируется в конденсаторе при обдуве его вентилятором (охлаждении) и поступает через капиллярную трубку снова в компрессор.

Плюсы:

Высокая эффективность охлаждения.

Возможно долгосрочное применение, в отличии от жидкого азота.

Минусы:

Шумность работы.

Может образовываться конденсат, что может повредить электронные компоненты.

Плохая совместимость из-за отсутствия стандарта расположения сокета процессора на материнской плате. То есть либо придётся перепаивать теплосъёмник, либо приобретать фреонку именно под определённые материнские платы и корпуса.

Высокое потребление энергии, так как компрессор кушает очень много.

Значительный вес конструкции.

Продукт пользуется популярностью в определённых кругах энтузиастов, но других не устраивает проблема совместимости. Однако это можно считать первыми шагами по мощёной дороге Freon-PC систем.

Для охлаждения современных компьютеров и их компонентов придумано несколько основных типов и способов. В этой статье я рассмотрю основные виды охлаждения ПК. Давайте начинать .

Жидкостное

Принцип работы состоит в передаче тепла от нагревающегося элемента охлаждающему радиатору. Это происходит при помощи рабочей жидкости (обычно воды), которая циркулирует в системе по специальным трубкам.

Эффективность охлаждения, лучше традиционного воздушного
Качественные системы работают очень тихо
Такая система может выглядеть очень красиво в прозрачном корпусе, если есть подсветка.

Водянка будет стоить всегда дороже, чем вентиляторы
Высокие требования к качеству сборки и установки. Необходим надежный компьютерный корпус
Постоянный контроль за работой системы и ее обслуживание, если что-то пойдет не так и будет протечка жидкости, то вы можете лишиться дорогостоящего оборудования.

Воздушное

Можно разделить на →

Принцип работы пассивного охлаждения заключается в передаче тепла от нагревающегося элемента на радиатор. Радиатор может быть сделан из алюминия или меди, а более продвинутые модели имеют тепловые трубки, которые помогают увеличить площадь рассеивания тепла.

Радиатор полученное тепло рассеивает в окружающее пространство, тем самым отводя его от нагревающихся компонентов.

Эффективность такого пассивного охлаждения, напрямую зависит от циркуляции воздуха и его температуры.

Чем больше объема воздуха, участвует в теплообмене и чем ниже его температура, тем лучше работает пассивное охлаждение.

Субъективно, полностью пассивную воздушную систему охлаждения создать невозможно, так как для создания потоков воздуха внутри замкнутого объема, так или иначе нужны вентиляторы.

Относительная бесшумность
Меньше вентиляторов — выше надёжность, но надо просчитать, хватит ли возможностей вашей пассивной системы для охлаждения всех компонентов компьютера.

Заводское пассивное охлаждение дорогое удовольствие. В основном им занимаются моддеры и энтузиасты, для которых цена не важна
Требуется компьютерный корпус большого объема, для достаточной циркуляции воздуха и продуманную систему охлаждения всего системного блока
В таких условиях, к разгону компьютера нужно подходить очень осторожно.

Ну а теперь подробно разберем активное воздушное охлаждение. Оно самое распространенное и недорогое. Главное подойти к его организации с умом.

В этом способе используются вентиляторы совместно с радиаторами . Обычно их называют куллерами. Вентилятор обдувает радиатор, который отводит тепло от греющего его компонента компьютерной системы. Чем больше воздушный поток проходящий через радиатор и чем он холоднее, тем эффективнее происходит охлаждение.

Дешевле и надежнее, чем жидкостное охлаждение
Большая гибкость в организации систем охлаждения ПК.

Шум от большого количества работающих вентиляторов. Если брать вентиляторы большего размера, хорошего качества и с небольшой скоростью вращения, можно сильно снизить издаваемый шум системным блоком. Нужен комплексный подход
В мощных системах, где большое энергопотребление и соответственно высокое выделение тепла, требуется грамотная организация воздушных потоков и обдуманного подхода к охлаждению каждого сильно греющегося компонента (видеокарта и процессор).

Теперь перейдем к альтернативным способам охлаждения ⇒

Фреоновые установки

Принцип работы системы охлаждения на основе фреона, несмотря на внешне сложное устройство, довольно прост. Это холодильник в компьютере.

В замкнутом контуре циркулирует газ (фреон), который забирает тепло от центрального процессора или видеокарты. Двигаясь дальше по контуру, он охлаждается в специальном радиаторе. Дальше, охлажденный фреон под давлением, поступает к охлаждаемым компонентам и процесс повторяется снова.

Можно добиться очень низких температур, что положительно скажется на возможностях разгона.

Сложность монтажа и обслуживания
При неправильном подходе, может образовываться конденсат, что приведет к выходу из строя электроники
Высокое энергопотребление и цена.

Криогенное или азотное

Жидкий азот представляет собой прозрачную жидкость, без цвета и запаха, с температурой кипения -196 градусов по Цельсию!

Криогенные системы охлаждения с жидким азотом представляют из себя металлический (чаще всего медный) стакан . Такие стаканы делают в основном для охлаждения процессора и видеокарты. Они, как и радиаторы, плотно закрепляются с охлаждаемым элементом. Далее компьютер запускается и начинает вручную наливаться в стакан/ы азот. В процессе охлаждения он постепенно испаряется, поэтому его постоянно необходимо подливать.

На охлаждении азотом, ставятся все рекорды по разгону железа.

Криогенные установки используются только для экстремального охлаждения.

Плюс у данного вида охлаждения ПК только один — этот способ лучше всего охлаждает.

Остальное — одни минусы. Цена, неудобство, сложность и т.п.

Элемент Пельтье

Термоэлектрический преобразователь (термоэлектрический охладитель), принцип действия которого базируется на возникновении разности температур при протекании электрического тока.

В принципе работы элементов Пельтье лежит контакт двух полупроводниковых материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости.

В зависимости от направления тока верхние контакты охлаждаются, а нижние нагреваются — или наоборот. Таким образом электрический ток переносит тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаёт разность температур.

Если нагревающуюся сторону элемента Пельтье охлаждать при помощи радиатора и вентилятора, то температура холодной стороны станет ещё ниже. Разность температур может достигать 70 °C.

До азотного охлаждения, энтузиасты использовали модуль Пельтье для охлаждения процессоров при экстремальном разгоне.

Небольшие размеры
Отсутствие движущихся частей, газов и жидкостей
Бесшумность.

Более низкий КПД, чем у установок на фреоне. Это ведёт к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур.

Так же существуют различные комбинации всех перечисленных выше систем, но их практическая реализация очень сложна.

По совокупности всех положительных качеств, лучшим способом охлаждения компьютера и комплектующих, остается воздушное охлаждение.

Увлечен компьютерами и программами с 2002 года. Занимаюсь настройкой и ремонтом настольных ПК и ноутбуков.

Читайте также: