أنظمة تبريد الكمبيوتر: سلبي ، نشط ، سائل ، فريون ، مبرد مياه ، تبخر مفتوح ، متتالي ، تبريد بلتيير

أثناء تشغيل الكمبيوتر ، تصبح بعض مكوناته شديدة السخونة ، وإذا لم تتم إزالة الحرارة المتولدة بسرعة كافية ، فلن يتمكن الكمبيوتر ببساطة من العمل بسبب انتهاك الخصائص الطبيعية لمكونات أشباه الموصلات الرئيسية.

تعتبر إزالة الحرارة من أجزاء التدفئة من الكمبيوتر من أهم المهام التي يحلها نظام تبريد الكمبيوتر ، وهي مجموعة من الأدوات المتخصصة التي تعمل بشكل مستمر ومنهجي ومتناغم طوال الوقت الذي يتم فيه استخدام الكمبيوتر بشكل نشط.

أثناء تشغيل نظام تبريد الكمبيوتر ، يتم استخدام الحرارة الناتجة عن مرور تيارات التشغيل عبر العناصر الرئيسية للكمبيوتر ، وخاصة من خلال عناصر وحدة النظام الخاصة به.تعتمد كمية الحرارة المتولدة في هذه الحالة على موارد الحوسبة للكمبيوتر وحمله الحالي فيما يتعلق بجميع الموارد المتاحة للجهاز.

على أي حال ، يتم استعادة الحرارة في الغلاف الجوي. في التبريد السلبي ، تتم إزالة الحرارة من الأجزاء الساخنة من خلال المبرد مباشرة إلى الهواء المحيط عن طريق الحمل الحراري التقليدي والأشعة تحت الحمراء. في التبريد النشط ، بالإضافة إلى الحمل الحراري والأشعة تحت الحمراء ، يتم استخدام النفخ بمروحة ، مما يزيد من شدة الحمل الحراري (يسمى هذا المحلول "المبرد").

هناك أيضًا أنظمة تبريد سائل حيث يتم نقل الحرارة أولاً بواسطة حامل حراري ثم استخدامها مرة أخرى في الغلاف الجوي. توجد أنظمة تبخير مفتوحة حيث تتم إزالة الحرارة بسبب انتقال المبرد.

لذلك ، وفقًا لمبدأ إزالة الحرارة من أجزاء التسخين بالكمبيوتر ، هناك أنظمة تبريد: تبريد الهواء ، التبريد السائل ، الفريون ، التبخر المفتوح والجمع (بناءً على عناصر بلتيير ومبردات المياه).

نظام تبريد الهواء السلبي

لا تتطلب المعدات غير المحملة بالحرارة أنظمة تبريد خاصة على الإطلاق. المعدات غير المحملة بالحرارة هي المعدات التي لا يتجاوز فيها تدفق الحرارة لكل سنتيمتر مربع من السطح المسخن (كثافة تدفق الحرارة) 0.5 ميغاواط. في ظل هذه الظروف ، لن يكون ارتفاع درجة حرارة السطح الساخن بالنسبة للهواء المحيط أعلى من 0.5 درجة مئوية ، والحد الأقصى المعتاد لمثل هذه الحالة هو +60 درجة مئوية.

ولكن إذا تجاوزت المعلمات الحرارية للمكونات في الوضع العادي لتشغيلها هذه القيم (مع الحفاظ على توليد الحرارة منخفضًا نسبيًا) ، عندئذٍ يتم تثبيت المشعات فقط على هذه المكونات ، أي أجهزة لإزالة الحرارة السلبية ، ما يسمى أنظمة التبريد السلبي.

عندما تكون طاقة الشريحة منخفضة ، أو عندما تكون متطلبات سعة الحوسبة للنظام محدودة باستمرار ، كقاعدة عامة ، لا يكفي سوى غرفة التبريد ، حتى بدون مروحة. يتم اختيار المبرد بشكل فردي في كل حالة.

في الأساس ، يعمل نظام التبريد السلبي بالطريقة التالية ، حيث يتم نقل الحرارة مباشرة من مكون التسخين (الرقاقة) إلى المبدد الحراري بسبب التوصيل الحراري للمادة أو بمساعدة الأنابيب الحرارية (السيفون الحراري أو غرفة التبخر هما أساسيان مختلفان حلول بأنابيب حرارية).

تتمثل وظيفة الرادياتير في إشعاع الحرارة في الفضاء المحيط من خلال الأشعة تحت الحمراء ونقل الحرارة ببساطة من خلال التوصيل الحراري للهواء المحيط ، مما يساهم في حدوث تيارات الحمل الطبيعي. من أجل إشعاع الحرارة على كامل مساحة الرادياتير بشكل مكثف قدر الإمكان ، يصبح سطح المبرد أسودًا.

ينتشر نظام التبريد السلبي بشكل واسع اليوم (في المعدات المختلفة ، بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر). مثل هذا النظام مرن للغاية ، حيث يمكن تركيب المشعات بسهولة على معظم المكونات كثيفة الحرارة. كلما زادت المساحة الفعالة لتبديد الحرارة من المبرد ، زادت كفاءة التبريد.

العوامل المهمة التي تؤثر على كفاءة التبريد هي سرعة تدفق الهواء الذي يمر عبر المبدد الحراري ودرجة الحرارة (خاصة اختلاف درجة الحرارة في البيئة).

يعرف الكثير من الناس أنه قبل تركيب غرفة التبريد على أحد المكونات ، من الضروري تطبيق معجون حراري (مثل KPT-8) على أسطح التزاوج. يتم ذلك لزيادة التوصيل الحراري في الفراغ بين المكونات.

في البداية ، تكمن المشكلة في أن أسطح المبرد والمكون المثبت عليه ، بعد إنتاج المصنع وطحنه ، لا يزالان بهما خشونة تصل إلى 10 ميكرون ، وحتى بعد التلميع ، يتبقى حوالي 5 ميكرون من الخشونة. تمنع هذه المخالفات الأسطح الموصلة من الضغط معًا بإحكام قدر الإمكان دون وجود فجوة ، مما يؤدي إلى فجوة هوائية مع توصيل حراري منخفض.

عادةً ما يتم تثبيت خافضات الحرارة ذات الحجم الأكبر والمنطقة النشطة على وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات. إذا كان من الضروري تجميع كمبيوتر صامت ، فبالنظر إلى السرعة المنخفضة لمرور الهواء ، هناك حاجة إلى مشعات خاصة كبيرة جدًا ، تتميز بزيادة كفاءة تبديد الحرارة.

نظام تبريد الهواء النشط

لتحسين التبريد ، ولجعل تدفق الهواء عبر المبرد أكثر كثافة ، يتم استخدام المراوح بشكل إضافي. المبرد المجهز بمروحة يسمى المبرد. يتم تثبيت المبردات على الرسومات والمعالجات المركزية للكمبيوتر. إذا لم يكن من الممكن تثبيت غرفة التبريد على بعض المكونات ، مثل محرك الأقراص الثابتة ، أو إذا لم يكن من المستحسن ، فسيتم استخدام مروحة تفجير بسيطة بدون مبدد حراري.هذا يكفي تمامًا.

نظام التبريد السائل

يعمل نظام التبريد السائل على مبدأ نقل الحرارة من المكون المبرد إلى المبرد بمساعدة سائل عامل يدور في النظام. عادة ما يكون هذا السائل عبارة عن ماء مقطر مع إضافات مبيدة للجراثيم ومضادة للكلفان أو مضاد للتجمد ، وزيت ، وسوائل خاصة أخرى ، وفي بعض الحالات معدن سائل.

يتضمن هذا النظام بالضرورة: مضخة لتدوير السائل ومبرد (كتلة الماء ، رأس التبريد) لسحب الحرارة من عنصر التسخين ونقلها إلى سائل العمل. ثم يتم تبديد الحرارة بواسطة غرفة التبريد (نظام نشط أو سلبي).

بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي نظام التبريد السائل على خزان من سائل العمل ، والذي يعوض عن تمدده الحراري ويزيد من الجمود الحراري للنظام. الخزان مناسب للتعبئة كما أنه مناسب لتصريف سائل العمل من خلاله. في مثل هذا النظام ، يلزم وجود الخراطيم والأنابيب اللازمة. يمكن أن يكون مستشعر تدفق السائل متاحًا بشكل اختياري.

يتمتع مائع العمل بسعة حرارية عالية بما يكفي لتوفير كفاءة تبريد عالية عند سرعة دوران منخفضة وموصلية حرارية عالية ، مما يقلل من فرق درجة الحرارة بين سطح التبخر وجدار الأنبوب.

نظام تبريد الفريون

تتطلب زيادة تردد التشغيل القصوى للمعالج درجة حرارة سالبة للعنصر المبرد أثناء تشغيله المستمر. تركيبات الفريون مطلوبة لهذا الغرض. هذه الأنظمة عبارة عن وحدات تبريد يتم فيها تثبيت المبخر مباشرة على المكون الذي يجب إزالة الحرارة منه بمعدل مرتفع جدًا.

عيوب نظام الفريون ، بالإضافة إلى تعقيده ، هي: الحاجة إلى العزل الحراري ، والصراع الإلزامي مع المكثفات ، وصعوبة تبريد العديد من المكونات في نفس الوقت ، وارتفاع استهلاك الطاقة وارتفاع السعر.

براد مياه

Waterchiller هو نظام تبريد يجمع بين وحدة فريون والتبريد السائل. هنا ، يتم تبريد مضاد التجمد المتداول في النظام في مبادل حراري باستخدام كتلة الفريون.

في مثل هذا النظام ، يتم الحصول على درجة حرارة سالبة بمساعدة وحدة الفريون ، ويمكن للسائل تبريد عدة مكونات في نفس الوقت. لا يسمح نظام تبريد الفريون التقليدي بذلك. تتمثل عيوب مبرد المياه في الحاجة إلى العزل الحراري للنظام بأكمله ، فضلاً عن التعقيد والتكلفة العالية.

فتح نظام التبريد التبخيري

تستخدم أنظمة التبريد بالبخار المفتوحة سائل عامل - مادة تبريد مثل الهليوم أو النيتروجين السائل أو الثلج الجاف. يتم تبخير سائل العمل في زجاج مفتوح ، يتم تركيبه مباشرة على عنصر التسخين ، والذي يجب تبريده بسرعة كبيرة.

تنتمي هذه الطريقة إلى الهواة وتستخدم بشكل أساسي من قبل الهواة الذين يحتاجون إلى رفع تردد التشغيل المفرط ("رفع تردد التشغيل") للمعدات المتاحة. باستخدام هذه الطريقة ، يمكنك الحصول على أدنى درجة حرارة ، ولكن يجب إعادة ملء الزجاج الذي يحتوي على مادة التبريد بانتظام ، أي أن النظام له حد زمني ويتطلب اهتمامًا مستمرًا.

نظام التبريد المتتالي

يعني نظام التبريد التعاقبي التضمين المتسلسل المتزامن لاثنين أو أكثر من الفريونات. لتحقيق درجات حرارة منخفضة ، يتم استخدام الفريون بنقطة غليان منخفضة.إذا كانت آلة الفريون أحادية المرحلة ، فمن الضروري زيادة ضغط العمل باستخدام ضواغط قوية.

ولكن هناك بديل - تبريد المبرد من كتلة الفريون مع كتلة أخرى مماثلة. وبالتالي ، يمكن تقليل ضغط التشغيل في النظام ولم تعد هناك حاجة إلى طاقة عالية من الضواغط ، ويمكن استخدام الضواغط التقليدية. يسمح نظام الشلال ، على الرغم من تعقيده ، بتحقيق درجة حرارة أقل من تركيب الفريون التقليدي ، وبالمقارنة مع نظام التبخر المفتوح ، يمكن أن يعمل هذا التثبيت بشكل مستمر.

نظام التبريد بلتيير

في نظام التبريد مع عنصر بلتيير يتم تثبيته مع جانبه البارد على السطح ليتم تبريده ، بينما يتطلب الجانب الساخن للعنصر تبريدًا مكثفًا من نظام آخر أثناء تشغيله. النظام مضغوط نسبيًا.