Электрификация

Справочник домашнего мастера

Кондиционер из пельтье

«Грустная история» или «2014год элемент Пельтье для охлаждения процессора»

Начислено вознаграждениеЭтот материал написан посетителем сайта, и за него начислено вознаграждение.
После написания обзора на cooler master v10 (это было недели 3 назад) я всерьёз задумался о практическом использовании элемента Пельте, есть вполне удачная статья об этом элемент Пельтье для охлаждения процессора, но написана она давно, моя цель была проверить его эффективность на CPU, а после применить его для охлаждения GPU, что сказать цель благая и тема интересная, надо начать делать, решил я тогда. Пока сын спал я взял элемент Пельте и начал с выбора системы охлаждения самого элемента, я мог выбрать из трёх: Corsair h80, Thermalright SilverArrow IB-E, Noctua NH-D14, что у меня были в запасе после написания обзоров на них, которые должны появиться на главной в скором времени. Был выбран Corsair h80 он охлаждал скальпированный i7 3770k до 56 градусов, но выбран он был исключительно из за того что в отличии от Thermalright SilverArrow IB-E и Noctua NH-D14 он легче и не раздавит нежного керамического Пельтье.
Вот наш Пельтье, с ним всё просто, одна сторона охлаждает другая нагревается чем лучше охлаждена горячая сторона тем холоднее холодная, потребляет до 90 ватт, подключается к 12v(5v-12v)к нему был приделан обычный MOLEX на 12v, теряет всякую эфективность нагреваясь до 60 градусов:

Фото Н80 и пельте, они идеально подходят по размеру и корсар его не раздавит, так что с элементом пельтье никаких проблем не будет, плюс основание водоблока полностью покрывает элемент пельтье:

Между CPU-Пельтье-Н80 будет MX-4:

Прокладываем термопрокладки под проводами элемента Пельтье которые не проводят электричество, обезопасив мать на случай если что то пойдёт не так:

Прикручиваем сверху водоблок:

И начинаем тест, я с волнением включал мать, но всё завелось, до результата фото отпечатка:
Тестовый стенд:
• Процессор: Intel Core i7-3770K по умолчанию
• Материнская плата: Gigabyte LGA1155 G1.SNIPER M3 Z77 (BIOS F9)
• Оперативная память: 2хKingston HyperX Red Limited Edition KHX1600C9D3B1RK2/8GX 1600MHz 9-9-9-24-1Т
• Блок питания: Corsair AX760
• SSD 2.5″ SATA-3 256Gb Crucial M4 CT256M4SSD2
• Термоинтерфейс: Arctic Cooling MX-4
• Реобас: AeroCool Touch 2100
• Корпус: Открытый стенд
Элемент пельтье подключен к 12v греем всё Linx 0.6.4, незабываем что вода с Noctua NF-P14 1200RPM показала 56 градусов. Зайдя в БИОС я увидел температуру которая за 30 сек упала с 30 до 14 градусов, я с радостью начал грузить ось и даже подождал секунд 30 глядя на то как в реал темп температура упала до 2 градусов.
К моему великому сожалению я потерял скрин после теста, но поверьте на слово что температура была 64 градуса всего за 1,5 минуты, а это уже выше чем один Н80, о разочарование… мне было горько, но так же как на ссылке в начале сделать не получилось. но меня не остановить, сейчас я с товарищем воюю над конструкцией радиатора где элемент Пеьтье помогает охлаждать основание, и второе применение его я хочу сделать в виде охлаждения резервуара СЖО сделав мини холодильник для жидкости, надеюсь я доведу эти проекты до ума. Надеюсь вам было интересно, свой опыт и идеи пишите в комментариях ниже, полезные ссылки на эту тему тоже не будут лишними)

Здравствуйте, изобретатели и рационализаторы! Представляем вашему вниманию пособие по изготовлению отличной и остроумной поделки, которую придумал Дэвид Йоханссон. Устройство преобразует тепловую энергию в кинетическую, а конкретно, на основе элементов Пельте создан термоэлектрический генератор, использующий перепад температур. Купить элементы Пельтье лучше всего в этом китайском магазине и сэкономить в итоге деньги. Есть и специальный кулер охлаждения.

Энергия, полученная таким образом, поступает на маленький двигатель с пропеллером. При вращении двигателя пропеллер придает дополнительное охлаждение и увеличивает разницу температур, которая нужна для работы Пельтье как генератора тока. В результате мощность генератора возрастает.

Устройство требует подогрева, как это и должно быть на генераторах Пельтье. В связи с этим нужны тепловые источники, например, свечка или процессор работающего ПК.

Автор этого изобретения предположил, что идея использования генератора для охлаждения его холодной стороны, если не обеспечит достаточное охлаждение процессора, то в любом случае будет способствовать некоторой экономии электроэнергии при работе компьютера. Кроме этого, добавочное охлаждение процессора повысит стабильность его работы.
Технические особенности винта:
габариты базы: 56x64x40мм
габариты блока питания: 56x56x40мм (включая винтокрыл)
общие габариты: 64x64x79мм
вес базы: 27 грамм
масса блока питания: 85 г
масса 3D модуля: 2,7 грамм
в целом вес: 115 грамм

Действие 1: Нужное оборудование.

Двигатель: Hubsan Х4
винт: Hubsan Х4
Термоэлектрогенератор: 40x40x4мм
радиатор: 43x43x16.5мм
пластинка из алюминия: 56x56x3мм
еще одна: 75x65x3мм
3 болтика: M4x40мм
2 болтика: M3x15мм
провода: 0.5х150мм
термоусадочная трубка: 30 мм
термическая паста (для повышения передачи тепла)
ножовка
напильник
пассатижи
отвертка
сверла: 2,5 мм, 3,3, 4 и 7 или 8 мм соответственно мотору
метчики: M3, M4
паяльник (при необходимости)
шкурка

Действие 2: Подготовка частей поделки.

В середине радиатора удалите ряд шипов и проделайте отверстие для движка, не сверлите насквозь; если движок диаметром 8 мм, соответственно, и отверстие должно быть 8 мм. После этого закрепите в тисках болты по длине стороны радиатора и установите на них проволочную петлю, которая будет применяться в качестве крепежа вентилятора к пластине.
Согласно представленной схеме, из алюминия изготовьте 3-х угольную пластину, закруглите напильником края и все углы. По разметкам схемы отметьте и проделайте 3 отверстия М4 насквозь в данной 3-х угольной детали.
Из алюминия изготовьте еще 1 пластину, но уже квадратную 56х56мм, на ней будет стоять термоэлектрогенератор и радиатор. Приставьте к ней 3-угольную пластину и наметьте 3 отверстия. Их проделайте не насквозь, и сделайте в них метчиком резьбу для болтиков. Кроме того в данной квадратной пластине проделайте 2 отверстия под болты крепления радиатора и метчиком сделайте в них резьбу.

Изготовленные 2 пластины доделайте: напильником сделайте фаски на всех сторонах и зачистите, обработайте шкуркой.

Намажьте термопасту на две стороны Элемента Пельтье и положите его на квадратную пластину, причем не надо перекрывать отверстия, в них вкрутите винты. Потом на Пельтье расположите радиатор, закрепите его заранее сделанной петлей из провода, а далее установите в радиаторе моторчик с винтом. Теперь можно применить термоусадку и провода, собрав по схеме цепочку движок-ТЭГ.

В пластину 3-угольной формы вставьте 3 болта.
Поделка изготовлена, но нужно сделать еще несколько шагов!

Действие 3: Установка вместе с кулером

Устройство можно расположить на охлаждающий кулер в компьютер, что интересно, тут не нужно думать об источнике питания, термодатчике, датчике вращения и др. Получается самостоятельная и саморегулирующаяся структура. Установка без кулера, прямо на процессор, вероятна, но вряд ли будет достаточно конвекции воздуха для охлаждения мощного процессора. Однако, на процессоре AMD Athlon 64 3800+, 2400MHz, 89 Вт аппарат показал свою достаточную эффективность. В стационарном режиме ПК функционировал стабильно, был проверен даже без штатного кулера. И заключение тестов: аппарат на базе Пельтье способствует охлаждению процессора!

Нормальный режим (стационарный кулер и радиатор): 30 градусов C
Такой же режим (Элемент Пельтье плюс радиатор): 37 градусов C
Такой же режим (Пельтье без радиатора): 60 градусов C
100% нагрузки (стандартные кулер и радиатор): 49 градусов C
Та же нагрузка (Пельтье и радиатор): 75 градусов C
Такая же нагрузка (Тэг без радиатора): был прекращен при достижении 95 градусов C, чтобы процессор не вышел из строя.
Нужно отметить, что приспособление не прижималось к процессору, это немаловажно. Кроме того вентилятор по размерам меньше обычного вентилятора, и если использовать более мощный элемент Пельтье и радиатор, вероятно, тесты будут еще лучше. Учитывая, что нормальная температура процессора 69 градусов, не следует ставить сборку на ПК.
Успешных вам экспериментов! Компьютер может загружаться быстрей.

Обзор и тестирование мини-чиллера на основе элемента Пельтье: в погоне за минусом

  • Вступление
  • Элементы конструкции
  • Сборка чиллера
  • Тестовый стенд, методика тестирования и ПО
  • Результаты тестирования
  • Заключение

Вступление

На мой взгляд, данная статья должна начинаться с упоминания имени Clear66 – одного из лучших авторов нашего сайта. Если вы не знакомы с его работами, настоятельно рекомендую исправиться и прочитать их. Лично мне очень нравились его материалы, и я частенько их перечитываю, искренне восхищаясь, поскольку сотворить подобное сложно. Кроме того, проведенные им эксперименты подтолкнули к действию многих начинающих энтузиастов и вдохновили на новые свершения бывалых оверклокеров. И вспомнил я его не случайно.

реклама

Мы снова возвращаемся к возможностям элемента Пельтье (причем для меня это становится традицией работать с ним летом). Рискну предположить, что многие читатели не знакомы с моей прошлой попыткой применения термоэлектрического преобразователя в составе воздушной системы охлаждения. В тот раз полученный результат не оправдал ожиданий, а позже выяснилось, что использовать элемент Пельтье с воздушным кулером нет никакого смысла. Но ведь на воздухе свет клином не сошелся, есть системы жидкостного охлаждения, фазового перехода, чиллеры и прочие.

Вдохновленный работами Clear66 я предпринял попытку создать мини-чиллер. Пусть и на десятую часть не так масштабно, как вышеупомянутый автор, но без собственной изюминки в моем проекте не обошлось.

Не будем долго тянуть и сразу приступим к делу. Основой мини-чиллера станут два мощных элемента Пельтье, водоблок для двухпроцессорной видеокарты GeForce GTX 590 и пара воздушных систем охлаждения. Принцип конструкции прост: элементы Пельтье охлаждают водоблок, а радиаторы отводят от них тепло. Жидкость проходит через охлажденный водоблок, после чего ее температура становится ниже. В теории подобное решение должно быть эффективно, несмотря на простоту.

Первые попытки создания подобного чиллера чуть меньших размеров были предприняты полгода назад. Результат оказался скромным, примерно минус один градус, но он дал надежду на то, что новый эксперимент завершится удачнее. После я поделился своими наработками с известным отечественным оверклокером slamms, который открыл мне много секретов экстремального разгона. И они были учтены при создании нового монстра.

Элементы конструкции

Для начала работы был выбран водоблок полного покрытия для двухпроцессорной видеокарты GeForce GTX 590. Абсолютно новый, обошелся он в 1 000 рублей и куплен на распродаже в одном из местных магазинов.

Почему же именно он? Все просто, есть возможность установить два элемента Пельтье. При этом между ними будет достаточное расстояние для установки систем воздушного охлаждения, которые будут их охлаждать. А самое важное, жидкость внутри данного водоблока проделывает довольно долгий путь. И находится внутри больше времени, а значит, и охлаждается эффективнее.

Примененные элементы Пельтье встали как родные на места, отведенные под GPU.

Мы будем использовать два мощных модуля с маркировкой TEC1-12715 со следующими характеристиками:

*Максимальная мощность при нулевой разнице температур между пластинами.
**Максимальная мощность, выделяемая на горячей стороне, при нулевой разнице температур между пластинами и максимальном напряжении и токе.

Их сложно назвать дорогими элементами конструкции, благо за каждый просили всего 760 рублей.

За отвод тепла от элементов Пельтье отвечают два радиатора SilverStone NT06-Pro. Их применение – дань желанию сделать систему компактной, но в итоге ушло еще 3 000 рублей.


Конечно, теплорассеиватель SilverStone звезд с неба не хватает, но при этом с охлаждением он должен справиться.

С другой стороны, если придерживаться концепции компактности, то данные радиаторы мне кажутся лучшим вариантом.

Еще раз напомним принцип действия конструкции. Холодная сторона элемента Пельтье охлаждает водоблок в месте нахождения GPU, поскольку там есть хорошая площадка, а с обратной стороны находится микроканальная структура, проходя через которую жидкость охлаждается эффективнее.

К горячей стороне элемента прилегает радиатор, обеспечивающий его охлаждение. На нем в свою очередь будет установлен производительный 120 мм вентилятор.

Остается лишь подвести итог, касающийся стоимости будущего чиллера – она равна ~5 500 рублей.

Кондиционер на элементах Пельтье своими руками

Это полноценный и настоящий кондиционер, в отличии от тех, которые в большом количестве приводятся в интернете. Тут нет не бутылок с ледяной водой, ни самого льда. А принцип работы довольно схож с бытовыми моделями. Скажу больше, что раньше, на грузовых автомобилях применялись похожие кондиционеры с низковольтным питанием на элементах Пельтье.

Если вы не знакомы с этим элементом, то крайне рекомендую ознакомиться поближе. Если в двух словах, это термоэлектрический модуль. На вид квадратный, плоски, с двумя выходящими проводами. При подаче напряжения на которые, одна сторона модуля начинает нагреваться, а вторая охлаждаться, причем прямо пропорционально.
На этом принципе и основано устройство охладителя, о котором пойдет речь ниже.

Понадобится

  • Элементы Пельтье — 6 штук. Модель TEC1-12705 рассчитана 12 В и 60 Вт, купить можно тут — AliExpress.
  • Блок питания от компьютера или любой другой на 12 В и мощностью не менее 400 Вт, купить можно тут — AliExpress.
  • Провода 2,5 кв.мм. — пару метров.

Это из основного, остальные детали и инструмент смотрите по тексту.

Изготовление кондиционера на элементах Пельтье

У нас будет довольно мощная модель, состоящая из 6 элементов размером 40х40 каждый. Под них необходимо подобрать два массивных радиатора, для обжатия элементов с обеих сторон. Я буду использовать один большой и два маленьких.
Примерно так они будут выглядеть при совмещении.
Из ДСП необходимо вырезать прямоугольник.
В котором сделать ещё прямоугольник под два радиатора, чтобы они плотно входили в него.
С обратной стороны.
Это будет разделительный барьер — холодной стороны от горячей.
Чтобы радиаторы не проскакивали в отверстие, нужно приклеить сбоку по две полосы из алюминиевого профиля. Купить его не составит труда в строительном магазине.
Разводим двухкомпонентный клей на основе эпоксидной смолы (холодная сварка). И склеиваем сначала два радиатора меду собой, а потом уже к ним приклеиваем кусочки профиля.
К большому радиатору также приклеиваем профиль. Вот так все выглядит. Стороны профиля по обе стороны должны находится примерно в онной плоскости.
Сверлим этот бутерброд насквозь: две планки на обеих сторонах вместе с ДСП.
Далее смазываем радиаторы теплопроводящей пастой и устанавливаем подряд элементы. Стороны не путаем, все модули должны смотреть в дну сторону.
Покрываем их сверху новым слоем теплопроводящей пасты.
И прижимаем вторым радиатором. Стягиваем все аккуратно винтами с гайками.
Получилась вот такая конструкция с 12-ю выводами.
Для удобства подключения используем клеммную колодку.
Как вы возможно обратили внимание — трехконтактную. И все модули в ней подключены общим к нижней шине. А красными выводами 3 элемента к верхнему контакту, а три других к среднему. Такое деление сделано специально для нашего блока питания компьютера, который имеет две шины по 12 В и никак не обязательно.
В ДСП просверлим отверстие под провод и подключим его к колодке.
К радиаторам с обеих сторон прикрутим вентиляторы.
На блоке питание собирается так же воедино минусовые провода и плюсовые по два канала.
Подключаем к выходу также через соединительную колодку.
Все, почти готово.
Для запуска блока, в нашем случае, необходимо перемычкой закоротить выходы выключателя.

Установка кондиционера

Устанавливается кондиционер в любое окно. Для этого из фигурного алюминиевого профиля делается такая скоба.
Которая будет четко опираться в створки и не давать всей конструкции выпасть.
Чтобы закрыть щель не до закрытого окна, вырезается полоска из поликарбоната или другого пластика по ширине кондиционера. И вставляется в паз окна.
Равой прижимаем всю конструкцию.
У меня, как видите, раздвижное окно, вам же придется придумать свою конструкцию крепления.
Главное чтобы одна сторона прибора была на улице, а другая дома. И не было сквозняка через щели.

Результат работы

Кондиционер довольно мощный, все таки применено 6 модулей Пельтье. Вся электрическая мощность составила 360 Вт, что не мало. Хотя сравнивать его с тепловым насосом не приходится из-за очень низкого КПД. Но даже такой модели хватит чтобы охладить небольшую комнату.
Вот результат при первом запуске: начальная температура в помещении 24 градуса Цельсия.
Примерно через час работы температура упала до 20 градусов, что является, на мой взгляд, отличным результатом!

У автора канала “Cars and Upgrade” в машине нет кондиционера. Поэтому он решил сделать для своего авто на основе 3 элементов пельтье кондиционер, или охладитель с вентилятором. О принципах работы Пельтье и о том, где его дешево продают, читайте . Чтобы хотя бы прохладный воздух создать в салоне. Он не испытывал больших надежд на успешный результат своего проекта, но решил провести хотя бы экспериментальную проверку идеи. Использовал радиатор от водяного охлаждения компьютеры. Изготовил металлический контейнер для воды.

Элементы пельтье по 6 ампер каждый. Кулеры и радиаторы. Насос качает воду, перегоняет по кругу, охлаждает радиатор. Он должен был стоять в салоне, где фильтр для воздуха. Казалось бы, должно всё было бы работать. Термоэлементы пельтье не справляются. Есть некоторые охлаждение воды, на 10-15 градусов. Воздух охлаждается не так заметно. А для небольшого помещения внутри дома это неплохо, но в машине не будет чувствоваться эффект прохлады. Блок питания на 30 ампер. Он уже нагрелся. 6 ампер берёт один элемент пельтье. Умножить на 3 будет 18 ампер. Плюс кулера. Так что нагрузка на генератор будет очень большая. Это неэффективно.

Эксперимент проводится дома. Если температура в помещении 28 градусов, воздух выдувается из кондиционера не меньше 15 градусов. Дует прохладный воздух, но всё равно это недостаточно. Если всю конструкцию установить под капот автомобиля, поскольку происходит нагрев, всё равно, мощности для обеспечения комфорта в салоне автомобиля недостаточно.

Автор видео уже просмотрела некоторые ролики и послушал комментарии мастеров, которые уже изготавливали кондиционеры для своих машин. Некоторые из них говорят, что у них ничего не получилось. Другие утверждают, что кондиционер на элементах пельтье нормально работает в машине. Но опыт показывает, что даже 4 элемента пельтье не дают нужный режим. Мало мощности и слишком большой расход. Мастер предполагает, что есть установить 10-12 элементов, используя данную систему, может быть какой-то эффект охлаждения автомобиля. Ну возможно, придется менять конструкцию, меняя генератор или другие части. Это связано с большим расходом электроэнергии на их функционирования. Мастер предполагает, что дешевле и эффективнее будет поставить нормальный машинный кондиционер.
Далее смотрите ролик про устройство, работающее на двух Пельтье.

Еще одна установка для охлаждения, которую автор назвал прототипом кондиционера на 2 элементах пельтье. Видео снято на канале Hurrygun Tank. Технические характеристики, которые необходимо учитывать при изготовлении таких устройств. Один элемент пельтье потребляет 5 ампер. Напряжение питания 12 вольт. Соответственно, два элемента будут забирать 10 ампер. При этом разница температур, которые можно получить в салоне автомобиля составляет 4 градуса цельсия. Так показал опыт автора видеоролика. Можно сделать вывод, что нецелесообразно использоватьтермоэлементы пельтье для создания портативных кондиционеров для авто.

Тема охлаждения компонентов ПК волнует многих пользователей. Большинство из них ограничиваются стандартными воздушными кулерами, отдельные энтузиасты собирают СВО. А что же дальше? Наверняка те, кто серьезно интересовался разгоном, слышали о модулях Пельтье (или термоэлектрических модулях, далее по тексту – ТЭМ; английский вариант – TEC, Thermoelectric Cooler) и их применении в качестве тепло-отводов для сильно-греющихся элементов компьютера.

Однако зачастую даже базовую информацию по правильному использованию этих удивительных устройств найти трудно, отсюда – многочисленные ошибки тех, кто впервые с ними сталкивается. К слову, производители систем охлаждения также экспериментируют с модулями Пельтье, порой представляя на суд публики весьма любопытные концепты. Как работают ТЭМ, действительно ли они так уж небходимы в СО компьютера, как самостоятельно собрать нехитрые кулеры и избежать простейших ошибок, достаточно характерных для новичков, – обо всем этом мы расскажем в данном материале.

Немного теории

Чем же на самом деле являются модули Пельтье? В базовом определении это термоэлектрические преобразователи, принцип действия которых основан на эффекте Пельтье, открытом в далеком 1834 году. Суть данного процесса заключается в возникновении разности температур в месте контакта материалов при протекании сквозь них электрического тока.

Мы не станем вдаваться в подробности истории открытия и научного обоснования специфики работы ТЭМ, поскольку этой теме можно посвятить целую диссертацию. Однако общие понятия упомянем.

Базовая схема устройства ТЭМ

Элементы Пельтье состоят из двух токопроводящих материалов (полупроводников) с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. Физика протекания тока через подобные вещества такова, что для перехода электронов им требуется определенная подпитка, получаемая в момент прохождения тока через спайку. В таком случае возможно перемещение частиц в высокоэнергетическую зону проводимости от одного материала к другому. Место соприкосновения полупроводников в момент поглощения энергии охлаждается. Изменение направления тока или перемещение электронов из более энергетической зоны в менее насыщенную приводит к нагреву места контакта. Помимо этого, в модулях Пельтье наблюдается тепловой эффект, характерный для любых веществ, сквозь которые пропускают электрический ток. Вообще процессы, присущие ТЭМ, проявляются и в месте контакта обычных металлов, однако определить их без сложных приборов почти нереально. Поэтому основой для модулей служат полупроводники.

Структура термоэлектрического элемента (модуля Пельтье)

Элемент Пельтье состоит из одной или более пар полупроводниковых параллелепипедов разных типов (как в диодах или транзисторах, n- и p-типа). Современная индустрия для этих целей наиболее часто выбирает германид кремния и теллурид висмута. Полупроводники попарно соединяются металлическими перемычками из легкоплавких веществ. Последние выполняют роль термоконтактов и напрямую соприкасаются с керамической пластинкой или подставкой. Пары полупроводников соединены последовательно, разные виды проводимости контактируют друг с другом. С одной стороны модуля имеются лишь n->p-переходы, с другой – p->n. Течение тока вызывает охлаждение и нагревание противоположных групп контактов. Поэтому можно говорить о переносе током тепловой энергии с одной стороны модуля Пельтье на другую и, как следствие, возникновении разности температур на пластинке. Правильное применение модулей позволяет извлечь некоторые выгоды для промышленных, в том числе компьютерных СО. К слову, элементы могут быть использованы и в качестве электрогенераторов – основываясь на тех же принципах работы, физика протекающих внутри процессов объясняется эффектом Зеебека (условно говоря, тот же эффект Пельтье с «противоположным знаком»).

Плюсы и минусы применения ТЭМ

Зачастую к достоинствам модулей Пельтье относят:

  • сравнительно небольшие габариты;
  • возможность работы и на охлаждение, и на нагревание системы;
  • отсутствие движущихся частей, механических составляющих, подверженных износу.

В то же время ТЭМ обладают рядом недостатков, существенно сдерживающих их повсеместное практическое применение. Среди них следующие:

В USB-холодильнике также используется модуль Пельтье

  • низкий КПД модулей;
  • необходимость наличия источни- ка тока для их работы;
  • большая потребляемая мощ- ность для достижения заметной разности температур и, как следствие, существенное тепло- выделение;
  • ограниченные габариты и полезные характеристики.

Однако, невзирая на негативные характеристики модулей Пельтье, они нашли свое применение в ряде продуктов. ТЭМ выгодны в первую очередь там, где энергетическая эффективность охладителя некритична, чем меньше – тем лучше. Элементы служат для охлаждения устройств с зарядовой связью в цифровых фотокамерах, позволяющих добиться заметного уменьшения теплового шума при длительных экспозициях. Модули Пельтье часто применяются для охлаждения и термостатирования диодных лазеров с целью стабилизации длины волны их излучения. Возможно использование нескольких ТЭМ, составленных последовательно в виде каскадов (холодная сторона одного охлаждает горячую другого), благодаря чему реально достичь очень низких температур для устройств, обладающих малым тепловыделением. Элементы Пельтье – основа компактных холодильников, в первую очередь автомобильных. Их применяют и в миниатюрных сувенирах из области компьютерной периферии, и в производительных СО в качестве основных или вспомогательных компонентов. Именно о последнем варианте мы и поговорим более подробно.

Модули Пельтье в ПК: практика

Элемент Пельтье размещается между водоблоком и медной «буферной» пластинкой

При переходе к практической реализации СО на базе ТЭМ нужно сделать несколько оговорок, которые позволят правильно подобрать параметры итоговых конструкций. Нередко эксперименты новичков заканчиваются плачевно: либо температуры на «холодной» стороне модулей во время работы получаются выше, чем на горячей, либо системы демонстрируют откровенно слабые результаты даже по сравнению со стоковыми кулерами без элементов Пельтье. Причины зачастую кроются в неправильном расчете (или построении СО наугад). Дело в том, что любой ТЭМ имеет свои штатные характеристики, обычно выделяют два значения (рассмотрим их на примере модуля ТЕС1-12709 с заявленной максимальной мощностью 136 Вт), например, пишут, что ΔTmax Qcmax=0(°С) 66 и Qcmax ΔTmax=0(W) 89.2. Перефразируя данное выражение: модуль способен обеспечить максимальный перепад температур между сторонами, равный 89,2 ºС при отсутствии тепловой нагрузки и 0 ºС при наличии таковой на «холодную» сторону 66 Вт. Таким образом, полезная нагрузка модуля лежит в пределах от 0 до 66 Вт, в идеале – чем меньше – тем лучше и тем большую разницу температур обеспечит ТЭМ. В то же время любой модуль имеет другую характеристику – максимальную потребляемую мощность, которую тоже нужно отвести от него с помощью системы охлаждения. Для рассматриваемого ТЕС1-12709 Umax (В) равно 15.2 В, I max- 9 А. Следовательно, при указанных параметрах имеем энергопотребление 136,8 Вт, что, согласитесь, немало.

Система охлаждения должна успешно отводить тепло непосредственно от модуля (обеспечивая максимально возможную низкую температуру «горячей» стороны) и компонентов ПК. Примерный КПД такой системы можете вычислить сами – при полезной составляющей в 150–200 Вт (приблизительно столько выделяют современные разогнанные CPU) для получения хоть каких-то видимых результатов придется затратить не менее 600–800 Вт электрической мощности и отвести не менее киловатта тепловой. Именно поэтому производительные СО на базе модулей Пельтье не получили широкого распространения. Впрочем, прецеденты сравнительно успешной реализации гибридных кулеров известны, а мы попытаемся создать свои – маломощный и оптимальный. Чтобы избежать ограничений в виде недостаточного теплоотвода, на «горячую» сторону ТЭМ поместим производительные водоблоки, подключенные в контур СВО. Кстати, модули Пельтье нельзя устанавливать непосредственно на ядро/теплораспределительную крышку чипов – тонкая керамическая подкладка не способна поддерживать эффективную теплопередачу ко всем полупроводниковым парам, составляющим ТЭМ. Для этой цели лучше всего подойдет промежуточный «буфер» – медная пластинка толщиной 5–7 мм, полностью закрывающая поверхность модуля. К слову, оптимальный режим эксплуатации элементов Пельтье обеспечивается при пониженных напряжении и потребляемом токе. Приближение этих параметров к максимальным существенно повышает тепловую отдачу пластины, однако не так ощутимо – полезную составляющую.

Мы решили по максимуму охладить графический чип видеокарты Radeon HD 4350 и CPU Core 2 Duo E8500, попытавшись разогнать данные компоненты. Для отвода тепла от GPU использовались уже упомянутый ТЕС1-12709 (максимальная потребляемая мощность – 136 Вт) и самодельный медный водоблок, в паре с процессором работали ТЕС1-12726 (395 Вт) и один из лучших промышленных водоблоков Swiftech Apogee GT. Модули подключались напрямую к компьютерному БП в 12-вольтовую цепь. Применение киловаттного be quiet! Dark Power PRO BQT P6PRO-1000W давало все основания не переживать за недостаток мощности для питания ПК и элементов системы охлаждения. В контуре СВО трудились два «двойных» радиатора под 120-миллиметровые вентиляторы и помпа Hydor Seltz L30 (производительностью 1200 л/ч на холостом ходу).

Основа мощного чиллера – «бутерброд» из трех водоблоков и восьми ТЭМ, расположенных между ними

В случае охлаждения компонентов до температур ниже комнатных (в частности, ниже «точки росы») стоит ожидать появления конденсата на переохлажденных поверхностях. Понятно, что вода в таком виде является главным врагом пользователя, и ее выделение необходимо предупредить. Делается это путем тщательной теплоизоляции любых поверхностей (частей РСВ, околосокетного пространства с обеих сторон платы, собственно ТЭМ, теплораспределителя процессора и GPU) материалами, не пропускающими воздух. Лучше всего для этих целей подходит стандартный теплоизоляционный материал для труб водоснабжения (на основании вспененного каучука), специальные замазки, отдельные виды поролона, поставляемого в комплекте с компонентами ПК, на худой конец термопаста и бумажные салфетки. В последнем случае допустима эксплуатация ПК лишь для проведения кратковременных бенчинг-сессий. Теплоизоляция обеспечит повышение общего КПД установки.

Итоговые температуры, полученные в различных режимах работы компонентов, их сравнение с показателями, обеспечиваемыми исключительно системой водяного охлаждения, приведены в диаграмме. Как видите, модули Пельтье позволили понизить температуру компонентов ощутимо ниже комнатной (в зависимости от загрузки). В таких условиях не составило особого труда разогнать процессор до частоты 4,3 ГГц с повышением напряжения питания до 1,35 В, а GPU заставить функционировать на 800 МГц (штатное значение – 600 МГц). В то же время мы получили ощутимый нагрев СО тестового стенда (в корпусе ситуация усугубилась бы более существенно) и резкий рост уровня энергопотребления ПК (собственно, вся конструкция потребляет больше, чем отдельно взятый компьютер на базе компонентов тестового стенда). Подобное решение однозначно пригодится в зимнюю пору, однако летом вряд ли порадует большинство пользователей.

Готовы ли вы на такие жертвы ради достижения сравнительно низких температур на компонентах ПК? Решайте сами, но помните о базовых советах, приведенных в этой части материала, – они помогут правильно применить модули Пельтье на практике. Использование систем охлаждения на основе ТЭМ разумно и оправданно в случае с маломощными компонентами (чипсетами материнских плат, GPU низко- и среднеуровневых видеокарт). Не забывайте и о теплоизоляции охлаждаемых элементов – ведь конденсат является главным врагом системы во время экспериментов с ТЭМ.

Выводы

Подытоживая вышесказанное относительно особенностей работы модулей Пельтье и целесообразности их практического применения, повторимся: ТЭМ имеют упомянутые преимущества и недостатки, которые не позволяют дать однозначного ответа на вопрос: «А стоит ли…?» Их использование оправданно для отвода незначительных тепловых нагрузок (именно к таковым относятся компактные холодильники, термостатированные лазеры; СО для маломощных компонентов ПК – чипсетов и отдельных GPU).

На базе элементов Пельтье можно создавать различные самодельные охлаждающие и нагревающие устройства, существуют примеры успешной реализации маломощных генераторов. Но прежде чем заниматься изготовлением подобных конструкций, ознакомьтесь все же с теоретической составляющей – предварительная подготовка избавит от ошибок и сэкономит время в момент практического воплощения проектов.

Говорить о применении модулей Пельтье в ПК следует достаточно осторожно: прочитав о получении низких температур на охлаждаемых элементах, новички часто забывают о значительной потребляемой и выделяемой мощности подобных СО, не учитывают параметры и «запас прочности» отдельно взятой конструкции. ТЭМ заинтересуют в первую очередь оверклокеров, для которых любой выигрышный градус и каждый мегагерц важны. Рассматриваемые элементы – промежуточное звено между классическими системами водяного охлаждения и чиллерами или фреонками, работающими по принципу фазового перехода. Впрочем, применение ТЭМ отнюдь не назовешь простым, поэтому прежде чем приступать к серьезным экспериментам, тщательно взвесьте все «за» и «против».

Готовые СО на базе ТЭМ

Модули Пельтье используются производителями систем охлаждения для ПК в качестве основных и вспомогательных компонентов кулеров. Порой из этого получаются эффектные действенные устройства, иногда все выходит не так гладко, как изначально задумывалось. Мы решили вспомнить об основных СО, применяющих ТЭМ, которым прочили роль революционеров своего времени.

Thermaltake SubZero4G Один из первых кулеров с элементом Пельтье, наделавший сравнительно много шума в сфере охлаждения CPU (2003 год). Однако невысокий запас прочности, значительное по тем временам энергопотребление, громоздкость конструкции и шумность в работе не позволили ему закрепиться на рынке. Появись эта модель на год-два раньше – возможно, все обернулось бы иначе.

Titan Elena Суперкулер для видеокарт, построенный по тому же принципу, что и Titan Amanda: одна половина радиатора работает непосредственно на отвод тепла от GPU, другая охлаждает горячую сторону ТЭМ. В свое время оказался одним из лучших во время тестирования СО для графических адаптеров. (Мы писали о нем в «Домашнем ПК» в 2007 году.)

Swiftech MCW6500-T Самое мощное современное решение для охлаждения CPU, использующее элемент Пельтье. Представляет собой производительный водоблок, отводящий тепло от ТЭМ (около 400 Вт потребляемой электрической мощности), который, в свою очередь, создает оптимальный температурный режим процессора. Эта система способна обеспечить функционирование Core i7 на частоте порядка 4 ГГц при температуре около 0 ºС (режим простоя) и 20–30 ºС в режиме максимальной нагрузки.

Swiftech MCW60-T Аналогично процессорному решению представляет собой высокопроизводительный водоблок для графического адаптера, дополненный модулем Пельтье. В зависимости от TDP видеочипа способно удерживать его температуру на уровне комнатной или ниже.

Cooler Master V10 Элементы Пельтье этой СО охлаждают часть тепловых трубок. Подход достаточно интересный и правильный, применение модулей позволяет сбить пару-тройку градусов на процессоре. Однако экономическая целесообразность такого хода – под большим вопросом, ввиду того что V10 при существенной цене не в состоянии обогнать лучшие воздушные суперкулеры. Скорее всего, виноваты особенности конструкции и недостаточная мощность ТЭМ.

Titan Amanda Серия достаточно современных процессорных суперкулеров на тепловых трубках, использующих термоэлектрический модуль (2007–2008 гг). Часть радиатора отводила тепло непосредственно от ТЭМ, тогда как другая половина охлаждала греющийся компонент. Подобный подход к проектированию позволяет избежать резкой перегрузки СО вследствие превышения лимитов тепловыделения модуля Пельтье. Кулеры линейки Amanda демонстрировали отличные результаты с процессорами, обладающими сравнительно невысоким TDP.

XtremeLabs.org MONSTER T.E.C. Project

Владельцев СВО и тех, кто собирается обзавестись жидкостными системами, могут заинтересовать так называемые чиллеры на базе элементов Пельтье. В зависимости от типа подключения ТЭМ в контур они позволят немного понизить температуру теплоносителя, а при создании мощных СО даже обеспечат температуру хладагента, близкую к нулевой.

Известный нашим читателям энтузиаст Wehr-Wolf давно интересовался затронутой темой эффективного охлаждения компонентов ПК и их дальнейшего экстремального разгона. Начиналось все в далеком 2005 году с теоретических набросков, рассуждений и одного из главных компонентов системы – массивного «бутерброда», состоящего из больших водоблоков. Однако заброшенные на длительное время задумки удалось реализовать лишь совместно с автором данного материала, в середине этого года запустив энтузиастский проект XtremeLabs.org MONSTER T.E.C. Project.

Первый пуск ТЭМ-чиллера в полевых условиях

Принцип работы системы достаточно прост: модули Пельтье (8 ТЭМ с максимальной потребляемой мощностью 136 Вт каждый) охлаждают с двух сторон большой медный водоблок, а сами, в свою очередь, охлаждаются аналогичными водоблоками. «Холодный» и «горячий» контуры СВО полностью разделены между собой. Для питания такого количества ТЭМ в процессе первого запуска использовались два компьютерных БП с общей заявленной мощностью 1200 Вт, в качестве охладителя «горячего» контура выступала СЖО с двумя радиаторами под два 120-миллиметровых вентилятора каждый, прокачиваемая мощной помпой. Однако даже такой СВО оказалось недостаточно, и радиаторы пришлось продувать высокопроизводительными промышленными вентиляторами. В «холодный» контур были подключены помпа Hydor L20 II и водоблок Swiftech Apogee GT, охладителем выступал большой водоблок, контактирующий с «холодной» стороной ТЭМ. В результате первого эксперимента удалось добиться температуры воды в контуре порядке 5–7 ºС, при этом в качестве нагрузки для системы использовался процессор Core i7 965 Extreme Edition, разогнанный до частоты 4 ГГц.

С одной стороны, полученные результаты действительно впечатляют – подобные температуры при таких нагрузках способны обеспечить разве что чиллеры на основе систем фазового перехода, с другой – а стоит ли овчинка выделки? Чудовищная потребляемая мощность системы, громоздкая СО «горячего» контура, высокая общая стоимость оправдываются лишь концептуальным статусом XtremeLabs.org MONSTER T.E.C. Project, на данный момент находящимся в стадии доработки.

Bermudka ›
Блог ›
[Продолжаем] Расчет кондиционера на элементах Пельтье

В связи с большим количеством мнений за/против, разрабатываю методику расчета и построения для всех желающих. Для проверки, всё испытаю на себе. Только инженерный подход, только хардкор!
Для желающих скопировать — не запрещаю. Но, пожалуйста, указывайте источник — эту страницу.
Спасибо Вам за продуктивные комментарии!

Условия:
— горячий промежуточный контур низкого давления с расширительным бачком и «мокрой» помпой;
— теплоноситель промежуточного контура: тосол (предполагается несъемная установка);
— элементы Пельтье типа TEC1-12706, 4 шт.;
— первичный теплообменник: алюминиевый водоблок 80х40х12 мм, штуцеры d=8мм;
— «холодные» радиаторы — тип О221-60, 4 шт. или О161-80, 2 шт.;
— вентиляторы 120мм, 1000rpm.

Полный размерВнятных референсов для сравнения разных элементов найти не удалось. Но тем не менее, некоторый вывод уже можно сделать
1. Расчет перепада температуры (охлаждения) воздуха между входом и выходом кондея:
Будем реалистами. Чудес от китайских элементов никто не заставляет ждать. Пусть мощность, затрачиваемая на охлаждение каждым элементом будет 30 Вт. Суммарная при этом P=30*4=120 Вт.
— Теплоемкость воздуха Cm~1,005 кДж/кг*К
— Средняя производительность 120мм вентилятора от ПК 70 м3/ч~20 дм3/сек (где-то указывают больше, но кое-где и поменьше).
Найдем массовую производительность вентилятора:
— при норм.условиях (0С, атм.давление) 29 гр воздуха = 22,4 дм3;
— при стд.условиях (20С, атм.давление) 29 гр воздуха = 22,4*0,932~24 дм3=0,024 м3;
таким образом, массовая производительность вентилятора mt=24,2 гр/сек=0,0242 кг/сек. Полный размерАлюминиевый водоблок. Длина 80мм, ширина 40мм, толщина 12мм. Как раз по 2 элемента TEC1 на каждую сторону.

Таким образом, перепад температуры составляет дTв=P/(mt*Cm)~5 градусов.
Подобным образом можно рассчитать, что в предельно возможном режиме работы элементов возможен максимальный перепад температуры в целых 9,5 градусов. Прекрасно, салон автомобиля объемом 7,5 м3 в среднем режиме охладится на 10 градусов за ~15 минут.

2. Расчет перепада температуры (нагрева) теплоностителя на водоблоке
— максимальная температура элементов TEC1 — не более 80гр.С (из референса и здравого смысла);
— плотность тосола при 80гр.С ро=1050 кг/м3;
— теплоемкость тосола при 80гр.С cm=3.500 кДж/кг*К;
— производительность бесщеточной «мокрой» 12V-помпы Vfr=250 л/час~0,07л/сек.

Бесщеточная помпа. Uпит=12 В, производительность 250 л/час

Массовый расход через водоблок составляет Mt=0,07*1050=0,073 кг/сек.
дTт=P/(Mt*сm)~0,5 градусов.
Хмммм… В принципе, результаты вполне коррелируют с изученным материалом.
Но этот результат верен при 100% КПД элементов (сколько забираем из воздуха, столько и отдаем в теплоноситель). В реальных условиях (вангую) КПД элементов составит не более 30-40%, что дает нагрев теплоносителя на 2-2,5 градуса. Тоже норм, можно считать дальше.

3. Расчет перепада температуры на радиаторе охлаждения
Чуть выше производительность 120мм вентилятора от ПК 70 м3/ч~20 дм3/сек
При сечении воздушного канала S~15*15=225см2=2,25дм2, скорость воздушного потока составит Vв=20/2,25=8,88м/с. (позже чертеж выложу)
Для радиаторов типа О161-80 (возьмем в качестве легкодоступного варианта пока такие) указано тепловое сопротивление RQ=0,36 C/Вт для скорости Vв=6м/с. Принимаем для дальнейшего расчета это значение.
Максимальная мощность теплорассеяния для радиаторов этого типа dP=80Вт.
Для наших 2х штук максимальных 160 Вт — вполне достаточная величина.

Продолжение теории следует.

Практика
Приобретено:
— Помпа, водоблок, 4шт элементов ТЕС1-12706;
— два CPU-радиатора: GlacialTech Igloo 7200 для s754/939/AM2 и сток-Intel s478;
— термоклей Stars-922 (5гр/тюбик)
Отковыриваем вентиляторы, они пригодятся позже.
Отмываем с мылом поверхности.
Склеиваем!
Прижимаем грузом на 12 часов.

Полный размерАккуратно наносим, тщательно размазываем, крепко сжимаем Полный размерТермо-элементы охлаждаются со стороны нанесенной надписи, к этой стороне приклеивается радиатор, к чистой стороне клеим водоблок

Системы охлаждения. Часть 2

Эта работа была прислана на наш «бессрочный» конкурс статей и автор получил приз — фанатский комплект NVIDIA.

Вторая часть статьи представляет собой логическое продолжение рассмотрения категорий систем охлаждения. Напомню, что в первой части были рассмотрены «более традиционные» системы охлаждения: воздушное и его модификации, пассивное, а также серийные системы ВО.

Часть 1

  • Небольшое введение
  • Классификация систем охлаждения
  • Пассивное охлаждение
  • Воздушное охлаждение (regular)
  • Воздушное охлаждение (mod)
  • Воздушное охлаждение (hi-end)
  • Жидкостное охлаждение
    • 3R
    • Thermaltake
    • Asetek
    • Koolance
    • Innovatek
    • Zalman
    • Titan
    • Acuma
    • Cooler Master
    • Gainward
  • Промежуточный итог по категории

Часть 2

  • Жидкостное охлаждение (hand-made)
  • Охлаждение с помощью элементов Пельтье (на объекте охлаждения)
  • Ватерчиллер (фреоновый и на элементах Пельтье)
  • Холодильная установка (фреонка)
  • Таблица сравнительной оценки потребительских характеристик различных систем охлаждения.
  • Заключение или Пара компромиссов.

Жидкостное охлаждение (hand-made)

Категория, в которой серийная система редко найдет себе равных. Самая «клиенто-ориентированная» система ВО. Уж, действительно: каждый найдет себе решение по вкусу, кошельку, потребностям и опыту. Только надо вооружиться головой, временем, некоторой суммой денег и терпением, если чего-то не хватает, то вам не в эту категорию. Поистине, собрав единожды систему, сразу знаешь, как ее можно улучшить, а это знание многого стоит… Часто можно встретить на форумах советы/предложения/высказывания типа: «Да, я куплю Аквариус (условно), а когда «сдохнет» помпа, ее поменяю!» Позвольте изложить свои мысли против такого подхода.

На мой взгляд, покупка помпы и поиск расширительного бачка, затем, если эта помпа погружная (а такие люди купят именно такую – банально дешевле), помещение помпы в бачок и дальнейшая герметизация – это 80% всех работ по созданию самодельной системы жидкостного охлаждения. А что остается:

«Аквариус» «С нуля»
Подобрать и купить шланги под рабочий диаметр помпы/переходника Аналогично
Все одеть Аналогично
Купить радиатор
Купить водоблоки с креплениями к ним (+подождать доставки
Купить вентилятор(ы) необходимого размера
Сделать тройники-разветвители, если захочется – это не обязательно

Заметьте, в таблице во второй графе, против прочерков «аквариусного» подхода расположены именно те «штучки», которые и влияют на производительность системы в целом. Радиатор можно купить где угодно, хоть в магазине новый медный пластинчатый; Водоблоки – гораздо эффективнее, чем в покупных системах начального уровня; Вентиляторы – без вопросов, можно с резисторами; Тройники – чтобы «точки» не грели друг друга гуськом, да, и чтоб сопротивление в контуре убавилось (необходимые пояснения будут ниже).

А что «Аквариусный» путь? При видимой простоте вам придется 80% работ все же выполнить и получить в наследство (не без доли иронии) Аквариусный водоблок, Аквариусный радиатор и все остальное Аквариусное…

Но как же собрать свою систему? В этом вам помогут статьи нашего любимого сайта. Особенно прошу вас обратить внимание на авторов Nagual и Gektor, имхо, это самые лучшие работы о строительстве системы ВО (кстати, они соответствующе награждены).

Пройдемся по элементам системы, благо это самая «комплексная» категория после охлаждения воздухом:

Помпы – тут на вкус и цвет товарищей нет, кто-то берет «узкоглазую» помпу за 300р, кто-то циркуляционного «немца». Как уже было упомянуто, помпы бывают внешние и погружные. Последние дороже, но позволяют упростить контур, исключив из него расширительный бачок (или сделав его очень маленьким для удобства заправки системы).

Я выбирал себе самую тихую (сразу скажу, что Eheim, за 100у.е. и выше не рассматривал) – оказалась польская AquaEL 1100 л/ч (реальных, а не китайских) с рабочим диаметром 16мм. А вибрацию погасить несложно – в итоге мою систему не слышно при бездействии винчестера. Вообще. Ну, только дроссели шумят при изменении нагрузок на цепи питания на мат. плате. Да, и на расстоянии в 30см от головы до помпы есть гул, только кто туда полезет… Теперь я сижу ночью под тиканье часов на кухне через стену и практически не слышу работу моего железного друга.

Расширительный бачок – часто это кухонная пластиковая утварь рублей за 20 (в микроволновке классно в ней греть и в лес брать). Я по неопытности приобрел расширительный бачок от авто, уж больно мне габариты понравились. Проблема оказалась в том, что он полиэтиленовый – ничто к нему не клеится и его герметизация – это «битва Давида с Голиафом».

Тройники – необходимость покажу на расчетах своей системы:

  • Площадь сечения выходного штуцера помпы 3,1415*82=201мм2,
  • Диаметр сечения водоблоков от Ромыча 3,1415*42=50мм2,
  • Суммарное сечение без тройников будет 50мм2, а с тройниками в 3 раза больше, т.е. 150.

Остался запас в 50мм2 – для водоблока на хард. Тройники я сделал быстро – из упаковки от витаминов «Ундевит», вот уж точно витамин для оверклокеров.

Шланги – бывают 4-х видов: тайгоновые (Tygon), ПВХ, силиконовые, ПВХ-силикон. Есть еще один вид – «что найдешь». Первый вид – самый классный – не слипнется, не погнется, не порвется и гладок изнутри, но очень дорог и труднодоступен, т.к. применяется в медицине. ПВХ – обычный пластик, достаточно жесткий и в месте перегиба обязательно сомкнется. Выход – я прижимал края скрепкой, но умные люди обошлись хомутами, что, безусловно, лучше, но дороже. Можно избежать всяких перегибов, удлиняя контур. Рекомендуется менять такие шланги каждый год, т.к. им становится «плохо».

Жидкость – что только не льют… сами решите, что вам надо. Лично я выбрал 5-10% (ближе к 10) раствор тосола в бидистиллированной воде.

Водоблоки

Процессор:

Eleven

BladerannerUK
Шиляев Алексей
Сергей Еремин
Ромыч и его К49
DangerDen Maze 3
Cool-Cases Diamond

Видеочип и Видеопамять:

Nagual
Андрей Медведев

Хоть последняя конструкция и выглядит «аляповато», зато перепад температур на основании трубки и выпиленных для чипов квадратиках всего 0.5грд!!!

Винчестер:

Ron Wlock
Блок питания:
Сергей Какаулин

Цепи питания:

Nagual
BladerannerUK

Еще шедевры от BladerannerUK:

Кстати, никто не мешает приобрести серийные водоблоки.

Чуть не забыл – важно не заправлять систему всякой гадостью, иначе:

Не страшно? По-моему просто жуть… (Конечно не DooM III, но все же).

Важная деталь – когда делаешь что-либо для себя, есть возможность полета фантазии, например – радиатор в полу гаража или получившийся природный ватерчиллер BladerannerUK:

Все и так ясно из фотографий, температура воды в системе 12грд, у меня просто нет слов…

Некоторые добиваются схожих результатов, подключив систему к водопроводу – ну, такое кощунство по отношению к воде и комментировать не хочется… счастливых вам перебоев в водоснабжении, да горячую воду в оба крана на все лето…

Сравнительная оценка Эффективность Комплексность Стоимость Доступность Стиль Шумность Удобство эксплуатации
Жидкостное охлаждение hand-made 5 9 7 4 5-8** 6 7

Охлаждение с помощью элементов Пельтье (на объекте охлаждения)

Эффект Пельтье относится к разряду термоэлектрических явлений, он был впервые открыт французом Жаном-Шарлем Пельтье в 1834 году. Когда Жан-Шарль Пельтье пропустил постоянный ток через полоску висмута, подключенную с помощью двух медных проводников, то он заметил, что соединение, где ток идет от меди к висмуту нагревается, другое соединение – висмут-медь, через которое ток шел в обратном направлении, охлаждалось. Позже выяснилось, что этот эффект в значительной степени усиливается, если вместо металлов использовать соединения из разнородных полупроводников. На том и основаны конструкции современных элементов Пельтье или ТЭМ (термоэлектрический модуль).

Модуль Пельтье, представляет собой термоэлектрический холодильник, состоящий из последовательно соединенных полупроводников p- и n-типа, образующих p-n- и n-p-переходы. Каждый из таких переходов имеет тепловой контакт с одним из двух радиаторов. В результате прохождения электрического тока определенной полярности образуется перепад температур между радиаторами модуля Пельтье: один радиатор работает как холодильник, другой радиатор нагревается и служит для отвода тепла. Типичный модуль обеспечивает значительный температурный перепад, который составляет несколько десятков градусов. При соответствующем принудительном охлаждении нагревающегося радиатора второй радиатор – холодильник, позволяет достичь отрицательных значений температур. Для увеличения разности температур возможно каскадное включение термоэлектрических модулей Пельтье при обеспечении адекватного их охлаждения. Это позволяет сравнительно простыми средствами получить значительный перепад температур и обеспечить эффективное охлаждение защищаемых элементов.

Достаточно легко дать совет по поводу использования ТЭМ на объекте охлаждения – не связывайтесь. Достать модули легко, пара мощных Дрифт0.8 от Криотерма обойдется чуть менее полутора тысяч с доставкой. Но где вы достанете подходящий кулплейт – медную прокладку габаритами 10см*5см*1см минимум? Она необходима и вот почему – у модуля есть множество характеристик, одна из них – хладопроизводительность. У упомянутого Дрифт0.8 это 172 вт. Как 2 модуля суммарной хладопроизводительностью в 344 вт не заморозят 120 ваттный проц? Очень просто – размеры модуля 40*40*3.9 мм, т.е. 344 ватт снимается с площади в 8*4=32см2! А проц дает 120 ватт с менее 2см2 площади, чуете разницу? Т.е. с 2-х см2 модули снимут только 344/16=21,5 вт, а остальное пропустят через себя как обычный материал (с дополнительным термосопротивлением порядка 0.3). Проц можно уже списывать… Вот в чем смысл кулплейта – нивелировать разницу в площадях объекта охлаждения и модулей, значит, чем он толще (в разумных пределах конечно), тем лучше – и сложнее достать.

В подобных системах очень много нюансов как, например, термоизоляция, подбор модуля под процессор, выбор элемента питания (что очень и очень важно), рассеиваемая мощность системы и т.д. Подробнее я попытаюсь изложить в своей следующей статье с рабочим названием «На Пельтье», благо опыт раздумий имеется в избытке…

Разумеется, Пельтье имеет смысл ставить при наличии системы ВО, иначе компьютер просто сварится. Производители железа не рвутся на рынок с системами на Пельтье и это тоже знак. Самой доступной системой на ТЭМ был и остается Thermaltake SubZero4G:

Комплект включает элемент Пельтье вместе с кулером, светящийся дополнительный вентилятор для корпуса, плату управления, шнур питания, набор винтиков, термопасту и руководство. Поскольку энергопотребление элемента Пельтье довольно велико, инженеры Thermaltake смонтировали отдельный блок питания, который вставляется в свободный слот PCI. В этом же корпусе находится микропроцессорная плата управления. Поскольку блок питания сам выделяет тепло, в устройстве стоит небольшой вытяжной вентилятор, который выдувает горячий воздух через отверстия в планке крепления. На торце расположен восьмиконтактный разъём для питания и управления кулером и элементом Пельтье, а так же стандартный четырёхконтактный разъём для подключения дополнительных корпусных вентиляторов. Неудивительно, что Thermaltake так настаивает на применении дополнительных вентиляторов, что один даже входит в комплект поставки. Стоит ли это 150 долларов – решать вам. Но есть для ТЭМ и другое применение – ватерчиллер…

Сравнительная оценка Эффективность Комплексность Стоимость Доступность Стиль Шумность Удобство эксплуатации
Охлаждение на Пельтье (на объекте+вода 6 5 4 3 3 4 6

Ватерчиллер (фреоновый и на элементах Пельтье)

Ватерчиллер – это система охлаждения, призванная снизить температуру объекта ниже температуры окружающей среды вплоть до отрицательной. Серийный ватерчиллер на сегодня есть только один, это достаточно неэффективная (около 0 градусов при загрузке 50-70Вт) и дорогостоящая ($330) система от Swiftech. Ватерчиллеры бывают двух видов: на основе фазового перехода или с использованием модулей Пельтье. Первые представляют собой двухконтурную систему, где испаритель «фреонки» охлаждает хладагент в контуре жидкостного охлаждения:

Во втором случае жидкость проходит через блок, охлаждаемый модулями Пельтье. Этот вид чиллеров компактнее и проще в изготовлении, но сильно проигрывает в температурах и соотношении «эффективность/потребляемая энергия». Так, 500Вт суммарной мощности модулей дают температуру жидкости чуть ниже нуля градусов при нагрузке около 100Вт…

Рабочая система похожа на систему жидкостного охлаждения, только нет радиатора и расширительный бачок заменен кое-чем другим. Для чиллера на Пельтье достаточно раздобыть портативный автомобильный холодильник, они давно уже на элементах Пельтье, COP (coefficient of performance, типа КПД) подобран оптимально и питаются от 12в. Собственно он и станет расширительным бачком. Жидкость будет долго промораживаться и долго нагреваться, так что для кратковременного экстрима подойдет (несколько часов в день). Если круглосуточно – то надо искать что-то в области фреонок.

Фреоновый ватерчиллер делают из кондиционеров, холодильных компрессоров. Главная головная боль тех, кто рискнул заниматься экстремальным охлаждением – теплоизоляция для предотвращения образования конденсата. Однако это не единственные проблемы и сконструировать ватерчиллер дано не каждому, правда не каждому и надо…

Эффективность подобных систем на высоте, даже на уровне серийных фреонок начального уровня. Но главное – чиллером можно охладить несколько точек, как и ВО (кроме винчестера – умрет, памяти, цепей питания – замучаешься герметизировать).

Сравнительная оценка Эффективность Комплексность Стоимость Доступность Стиль Шумность Удобство эксплуатации
Ватерчиллер на элементах Пельтье 7 5 3 2 1 4 5
Ватерчиллер фреоновый 8 5 3 2 1 4 5

Холодильная установка (фреонка)

Основными компонентами простейшей системы фреонового охлаждения являются: компрессор, испаритель, конденсер, фильтр, капиллярная трубка. Также необязательным компонентом может быть глазок, ну и хладагент. 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. Сжиженный фреон проходит через фильтр/драер. Дальше по капиллярной трубке фреон попадает в испаритель, в зону низкого давления. При этом фреон начинает активно испаряться, забирая тепло из окружающей среды. Компрессор прокачивает этот испарившийся фреон на сторону конденсера и цикл повторяется (цитировано по Steff).

Самый эффективный способ борьбы с конденсацией – это нагрев. Поэтому серийные фреонки снабжаются не только охладителем, но и элементами нагрева. Испаритель охлаждает ядро процессора, а нагреватель греет его корпус по периметру и часто обратную сторону материнской платы. Получается, что при охлаждении ядра даже до очень низких температур корпус процессора и окружающие его элементы остаются теплыми, препятствуя, таким образом, конденсации на них угрожающей электронике коротким замыканием влаги. Кроме того, процессор помещается в специальный изолирующий футляр. Трубки, подходящие к испарителю, заключаются в теплоизоляцию. Любителям быстрой езды фреонка накинет в среднем 500-600МГц к частоте процессора (т.е. к максимальному разгону без оной)

К сегодняшнему времени остался лишь один производитель фреонок для «любителей быстрой езды» – Asetek и их серия Vapochill (что ж, продукцию nVentiv нельзя было купить в России официально):

Датская компания Asetek производит системы охлаждения, основанные на принципе фазового перехода с 1997 года под торговой маркой VapoChill. На сегодня актуальны четыре модели.

Asetek VapoChill SE (Standard Edition. Система базового уровня в линейке Asetek. Используется компрессор Danfoss 35BD и газ R134A, что ограничивает максимальную рассеиваемую мощность на уровне 130Вт при температуре -5С.

Asetek VapoChill PE (Premium Edition). Замена компрессора на более мощный Danfoss 50BD положительно сказалась на характеристиках системы – максимальная рассеиваемая мощность равна 160Вт при -5С.

Asetek VapoChill XE (Xtreme Edition). Фактически является тюнингованным VapoChill SE. Смена хладагента на R404A позволила поднять рассеиваемую мощность до 180Вт при -5С. Дополнительно установлены два вентилятора (один 80мм возле блока электроники и один 120мм на выдув). Система поставляется либо в черном корпусе с боковым окном, либо как standalone-устройство.

Любая из этих систем может поставляться в корпусе белого или черного цвета, а также в standalone-варианте (вообще без корпуса). Системы полностью совместимы друг с другом и фактически являются модификациями одного устройства. Отличительная конструктивная особенность – компрессор питается от компьютерного блока питания, потребляя при этом около 100Вт.

Asetek VapoChill LS (LightSpeed ). Новейшая система, конструктивно идентичная nVENTIV Mach II: расположение внизу корпуса, компрессор с питанием от 220В (отсюда и в названии), алюминиевый корпус от Lian Li. Использует газ R507, заявленные характеристики: -25С при 240Вт рассеиваемой мощности. Производительность значительно выше остальных VapoChill и находится примерно на уровне nVENTIV Mach II, однако система известна также очень высоким уровнем шума и нагрева компрессора.

Сконструировать фреонку – это самое сложное дело, сложнее только каскады, где этих фреонок несколько:

3-х контурный каскад pc_ice

Есть в мире самородки: 3-х контурный каскад польское дарование Беркут собрал в 18 лет – а Вы что делали в свои 18? Лично я полировал подошвы радиаторов.

Непревзойденная производительность, невероятная сложность, необходимость многих специальных устройств и приборов, сложность в эксплуатации (необходимо ждать до 2 мин в период от включения компьютера, до реального запуска процессора) – вот характеристика данной категории. Лично я считаю ее уделом спортсменов и людей, у которых от каждого мегагерца зависит зарплата (маркетолог, выставки) или же доход (конвертация и всякое «потоковое»), хотя последние могут приобрести 2-х и более процессорные конфигурации.

Сравнительная оценка Эффективность Комплексность Стоимость Доступность Стиль Шумность Удобство эксплуатации
Холодильная установка (фреонка 9 1 2 7 9 3 3
Холодильная установка hand-made 9 3 1 1 1 1 1
Холодильная установка (фреонка, каскады 10 3 1 1 1 1 1

Таблица сравнительной оценки потребительских характеристик различных систем охлаждения

  • * – Многое зависит от того, есть ли возможность это видеть (боковое окно в корпусе и т.д.). 10 оставил моддерским системам
  • ** – зависит от вида водоблоков

Как пользоваться (методика самооценки своих потребностей по принципу «необходимость-достаточность»)

Смысл заключается в том, чтобы проранжировать варианты и выбрать самый удобный. Для этого необходимо присвоить каждому потребительскому качеству весовой коэффициент, перемножить баллы и весовые коэффициенты, в заключение сложить то, что получилось по каждой категории – это называется интегральный коэффициент. Чем он больше, тем больше категория подходит под ваши требования.

Пример: «Я бедный студент» и главное для меня: сэкономить, разогнать процессор и видео (поиграть надо с приемлемыми FPS), ничего не покупать по возможности, на вид наплевать, шум как получится. Получается, что эффективность оценивается в 1; комплексность в 0,2; стоимость 1; доступность 0; стиль 0; шумность 0,5; удобство эксплуатации 0,1. Получается следующая картина:

Вид системы \ потребительские качества Эффективность Комплексность Стоимость Доступность Стиль Шумность Удобство эксплуатации Интегральное значение
Пассивное охлаждение 2 10 2 9 9 10 10 12
Воздушное охлаждение regular 1 10 10 10 5 2 10 15
Воздушное охлаждение mod 3 10 10 6 5 5 10 18.5
Воздушное охлаждение hi-end 3 10 9 10 9 5 10 17.5
Жидкостное охлаждение low-end 2 1 8 9 8 4 7 12.9
Жидкостное охлаждение mid-end 3 3 7 9 8 4 7 13.3
Жидкостное охлаждение hi-end 4 5 6 8 9 5 8 14.3
Жидкостное охлаждение hand-made 5 9 7 4 5 6 7 17.5
Охлаждение на Пельтье (на объекте+вода) 6 5 5 3 3 4 6 14.6
Ватерчиллер на элементах Пельтье 7 5 4 2 1 4 5 14.5
Ватерчиллер фреоновый 8 5 3 2 1 4 5 14.5
Холодильная установка (фреонка) 9 1 3 7 9 3 3 14
Холодильная установка hand-made 9 3 2 1 1 1 1 12.2
Холодильная установка (фреонка, каскады) 10 3 1 1 1 1 1 12.2
Весовой коэфициент 1 0.2 1 0 0 0.5 0.1

Самые привлекательные варианты это Воздух mod и hi-end, а также ВО hand-made. Далее уже легче анализировать – если главное цена, то воздух mod, если эффективность, то ВО hand-made. Я специально взял такой простой пример, чтобы показать, что не только воздуховоды в этом случае привлекательны, а Залман не такой уж и неуместный.

Картина такова:

Вид системы \ потребительские качества Эффективность Комплексность Стоимость Доступность Стиль Шумность Удобство эксплуатации Интегральное значение
Пассивное охлаждение 2 10 2 9 9 10 10 34.3
Воздушное охлаждение regular 1 10 10 10 5 2 10 27
Воздушное охлаждение mod 3 10 10 6 5 5 10 26.9
Воздушное охлаждение hi-end 3 10 9 10 9 5 10 33.7
Жидкостное охлаждение low-end 2 1 8 9 8 4 7 25.7
Жидкостное охлаждение mid-end 3 3 7 9 8 4 7 27.1
Жидкостное охлаждение hi-end 4 5 6 8 9 5 8 29.9
Жидкостное охлаждение hand-made 5 9 7 4 5 6 7 24.4
Охлаждение на Пельтье (на объекте+вода) 6 5 5 3 3 4 6 20.1
Ватерчиллер на элементах Пельтье 7 5 4 2 1 4 5 17.6
Ватерчиллер фреоновый 8 5 3 2 1 4 5 18.6
Холодильная установка (фреонка) 9 1 3 7 9 3 3 27.2
Холодильная установка hand-made 9 3 2 1 1 1 1 12.8
Холодильная установка (фреонка, каскады) 10 3 1 1 1 1 1 13.8
Весовой коэфициент 1 0.2 0 0.9 0.8 0.5 1

Лично я ожидал победы покупной фреонки, ну, или hi-end системы ВО, но, как видите, победил Залман! Видимо не зря там инженеры и маркетологи кушают свой хлеб, на таких «дядей» и рассчитывают. В общем, попробуйте сами – это интересно! Только подставьте свои коэффициенты в таблице Excel (2.8 КБ) и все… самое главное – точно подобрать весовые коэффициенты.

Заключение или Пара компромиссов

Я – Оверклокер, как и многие, регулярно читающие наш любимый overclockers.ru. Наше желание иметь мощные машины не унять. Но так ли часто нам нужна мощь? Зачем трудиться фреонке, когда вы занимаетель веб-серфингом, или смотрите DVD, слушаете музыку? А что, если хочется посидеть и посмотреть на стильность и одновременно (почти) занимать первые места в подсчете попугаев? Выход есть. И он может выглядеть вот так:

Да, именно второй компьютер (ноутбук и т.п.)! Как жалко бывает расставаться со ставшим уже любимым железом при апгрейде – а не надо! Поднакопи еще и сохрани машину, прошедшую с тобой через огонь, воду и медные трубы. Поставь пассив, сделай даунклок – утихомирь нрав, наведи былую красоту или сделай еще лучше! Нужны деньги – лишнее продай, для шахмат и сапера, интернета, видео и музыки хватит и старой доброй Ривы ТНТ, которую не взяли у тебя из-за моральной старости, но которая сохранила отменное качество и является бесшумной. В общем, смысл понятен и, может быть, мои эмоции были лишними. Такое решение позволит еще сильнее дифференцировать потребности и максимально их удовлетворить.

Данная статья – моя первая статья. Надеюсь, она будет многим интересна. Прошу критику высказывать в специальной ветке, она мне необходима. Лишь просьба, чтоб она была максимально конструктивной. Заранее спасибо.

Александр Фомин aka eastSiR

г. Сыктывкар

Выражаю благодарность Евгению Яковине aka Evpen за наставничество в процессе публикации статьи.

Ссылки на использованные при написании статьи материалы по возможности приведены (перечень сайтов ниже). Все изображения взяты из Интернета. Подробнее об упомянутых в статье продуктах вы можете узнать в материалах следующих сайтов:

admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх