Systèmes de refroidissement d'ordinateur : passif, actif, liquide, fréon, refroidisseur d'eau, évaporation ouverte, cascade, refroidissement Peltier

Pendant le fonctionnement de l'ordinateur, certains de ses composants deviennent très chauds et si la chaleur générée n'est pas évacuée assez rapidement, l'ordinateur ne pourra tout simplement pas fonctionner en raison de la violation des caractéristiques normales de ses principaux composants semi-conducteurs.

L'élimination de la chaleur des parties chauffantes de l'ordinateur est la tâche la plus importante que le système de refroidissement de l'ordinateur résout, qui est un ensemble d'outils spécialisés qui fonctionnent de manière continue, systématique et harmonieuse pendant toute la durée d'utilisation active de l'ordinateur.

Pendant le fonctionnement du système de refroidissement de l'ordinateur, la chaleur générée par le passage des courants de fonctionnement à travers les éléments clés de l'ordinateur, en particulier à travers les éléments de son unité centrale, est utilisée.La quantité de chaleur générée dans ce cas dépend des ressources de calcul de l'ordinateur et de sa charge actuelle par rapport à l'ensemble des ressources dont dispose la machine.

Dans tous les cas, la chaleur est récupérée dans l'atmosphère. Dans le refroidissement passif, la chaleur est évacuée des pièces chauffées par un radiateur directement dans l'air ambiant par convection conventionnelle et rayonnement infrarouge. En refroidissement actif, en plus de la convection et du rayonnement infrarouge, on utilise un soufflage avec un ventilateur qui augmente l'intensité de la convection (cette solution est appelée « refroidisseur »).

Il existe également des systèmes de refroidissement liquide où la chaleur est d'abord transférée par un caloporteur, puis réutilisée dans l'atmosphère. Il existe des systèmes d'évaporation ouverts où la chaleur est évacuée en raison de la transition de phase du liquide de refroidissement.

Ainsi, selon le principe d'évacuation de la chaleur des parties chauffantes de l'ordinateur, il existe des systèmes de refroidissement: refroidissement par air, refroidissement par liquide, Fréon, évaporation ouverte et combiné (basé sur des éléments Peltier et des refroidisseurs à eau).

Système de refroidissement à air passif

L'équipement qui n'est pas chargé de chaleur ne nécessite aucun système de refroidissement spécial. Un équipement non chargé thermiquement est un équipement où le flux thermique par centimètre carré de la surface chauffée (densité de flux thermique) ne dépasse pas 0,5 mW. Dans ces conditions, la surchauffe de la surface chauffée par rapport à l'air ambiant ne sera pas supérieure à 0,5 ° C, le maximum habituel pour un tel cas est de + 60 ° C.

Mais si les paramètres thermiques des composants dans leur mode de fonctionnement normal dépassent ces valeurs (tout en maintenant la génération de chaleur relativement faible), seuls des radiateurs sont installés sur ces composants, c'est-à-dire des dispositifs d'évacuation passive de la chaleur , les soi-disant systèmes de refroidissement passifs.

Lorsque la puissance de la puce est faible, ou lorsque les besoins en capacité de calcul du système sont constamment limités, en règle générale, seul un radiateur suffit, même sans ventilateur. Le radiateur est sélectionné individuellement dans chaque cas.

Fondamentalement, le système de refroidissement passif fonctionne de la manière suivante : la chaleur est transférée directement du composant chauffant (puce) au dissipateur thermique en raison de la conductivité thermique du matériau ou à l'aide de caloducs (le thermosiphon ou la chambre d'évaporation sont différents fondamentaux). solutions avec caloducs).

La fonction du radiateur est de rayonner la chaleur dans l'espace environnant par rayonnement infrarouge et de transférer la chaleur simplement par la conductivité thermique de l'air ambiant, ce qui contribue à l'apparition de courants de convection naturels. Afin de diffuser la chaleur sur toute la surface du radiateur aussi intensément que possible, la surface du radiateur devient noire.

Surtout aujourd'hui (dans divers équipements, y compris les ordinateurs), le système de refroidissement passif est répandu. Un tel système est très flexible, car les radiateurs peuvent être facilement montés sur la plupart des composants à forte intensité de chaleur. Plus la zone effective de dissipation de chaleur du radiateur est grande, plus le refroidissement est efficace.

Les facteurs importants affectant l'efficacité du refroidissement sont la vitesse du flux d'air traversant le dissipateur thermique et la température (en particulier la différence de température avec l'environnement).

De nombreuses personnes savent qu'avant de monter un dissipateur thermique sur un composant, il est nécessaire d'appliquer de la pâte thermique (par exemple KPT-8) sur les surfaces de contact. Ceci est fait pour augmenter la conductivité thermique dans l'espace entre les composants.

Au départ, le problème est que les surfaces du radiateur et du composant sur lequel il est installé, après production en usine et meulage, ont encore une rugosité de l'ordre de 10 microns, et même après polissage, il reste environ 5 microns de rugosité. Ces irrégularités empêchent les surfaces de raccordement d'être pressées aussi étroitement que possible sans espace, ce qui entraîne un espace d'air à faible conductivité thermique.

Les dissipateurs thermiques avec la plus grande taille et la plus grande surface active sont généralement montés sur les CPU et les GPU. S'il est nécessaire d'assembler un ordinateur silencieux, compte tenu de la faible vitesse de passage de l'air, des radiateurs spéciaux de très grande taille sont nécessaires, caractérisés par une efficacité accrue de la dissipation de la chaleur.

Système de refroidissement à air actif

Pour améliorer le refroidissement, pour rendre le flux d'air à travers le radiateur plus intense, des ventilateurs sont également utilisés. Un radiateur équipé d'un ventilateur s'appelle un refroidisseur. Des refroidisseurs sont installés sur les graphiques et les processeurs centraux de l'ordinateur. S'il n'est pas possible d'installer un dissipateur thermique sur certains des composants, comme un disque dur, ou si cela n'est pas recommandé, une simple soufflage de ventilateur sans dissipateur thermique est utilisée.C'est bien assez.

Système de refroidissement liquide

Le système de refroidissement liquide fonctionne sur le principe du transfert de chaleur du composant refroidi vers le radiateur à l'aide d'un fluide de travail circulant dans le système. Un tel liquide est généralement de l'eau distillée avec des additifs bactéricides et anti-galvaniques ou de l'antigel, de l'huile, d'autres liquides spéciaux et, dans certains cas, du métal liquide.

Un tel système comprend nécessairement : une pompe pour faire circuler le fluide et un radiateur (bloc à eau, tête de refroidissement) pour prélever la chaleur de l'élément chauffant et la transférer au fluide de travail. La chaleur est ensuite dissipée par un radiateur (système actif ou passif).

De plus, le système de refroidissement liquide possède un réservoir de fluide de travail, qui compense sa dilatation thermique et augmente l'inertie thermique du système. Le réservoir est pratique à remplir et il est également pratique de vidanger le fluide de travail à travers celui-ci. Dans un tel système, les tuyaux et tuyaux nécessaires sont nécessaires. Un capteur de débit de liquide peut être disponible en option.

Le fluide de travail a une capacité calorifique suffisamment élevée pour fournir une efficacité de refroidissement élevée à faible vitesse de circulation et une conductivité thermique élevée, ce qui minimise la différence de température entre la surface d'évaporation et la paroi du tuyau.

Système de refroidissement au fréon

L'overclocking extrême du processeur nécessite une température négative de l'élément refroidi pendant son fonctionnement continu. Des installations de fréon sont nécessaires pour cela. Ces systèmes sont des groupes frigorifiques dans lesquels l'évaporateur est monté directement sur le composant dont la chaleur doit être évacuée à un débit très élevé.

Les inconvénients du système fréon, en plus de sa complexité, sont : le besoin d'isolation thermique, la lutte obligatoire contre les condensats, la difficulté de refroidir plusieurs composants en même temps, la forte consommation d'énergie et le prix élevé.

Refroidisseur d'eau

Waterchiller est un système de refroidissement qui combine une unité au fréon et un refroidissement par liquide. Ici, l'antigel circulant dans le système est encore refroidi dans un échangeur de chaleur à l'aide d'un bloc de fréon.

Dans un tel système, une température négative est obtenue à l'aide d'une unité de fréon et le liquide peut refroidir simultanément plusieurs composants. Un système de refroidissement conventionnel au fréon ne le permet pas. Les inconvénients d'un refroidisseur d'eau sont la nécessité d'une isolation thermique de l'ensemble du système, ainsi que la complexité et le coût élevé.

Système de refroidissement par évaporation ouvert

Les systèmes de refroidissement à vapeur ouverts utilisent un fluide de travail, un réfrigérant tel que l'hélium, l'azote liquide ou la neige carbonique. Le fluide de travail est évaporé dans un verre ouvert, qui est monté directement sur l'élément chauffant, qui doit être refroidi très rapidement.

Cette méthode appartient aux amateurs et est principalement utilisée par les amateurs qui ont besoin d'un overclocking extrême ("overclocking") de l'équipement disponible. En utilisant cette méthode, vous pouvez obtenir la température la plus basse, mais le verre avec le réfrigérant devra être réapprovisionné régulièrement, c'est-à-dire que le système a une limite de temps et nécessite une attention constante.

Système de refroidissement en cascade

Un système de refroidissement en cascade signifie l'inclusion séquentielle simultanée de deux fréons ou plus. Pour atteindre des températures plus basses, on utilise du fréon à point d'ébullition réduit.Si la machine à fréon est à un étage, il est nécessaire d'augmenter la pression de travail avec des compresseurs puissants.

Mais il existe une alternative - refroidir le radiateur d'un bloc de fréon avec un autre bloc similaire. Ainsi, la pression de fonctionnement dans le système peut être réduite et une puissance élevée n'est plus requise des compresseurs, des compresseurs conventionnels peuvent être utilisés. Le système en cascade, malgré sa complexité, permet d'atteindre une température plus basse qu'avec une installation de fréon classique, et par rapport à un système d'évaporation ouvert, une telle installation peut fonctionner en continu.

Système de refroidissement Peltier

Dans le système de refroidissement avec un élément Peltier il est monté avec son côté froid sur la surface à refroidir, tandis que le côté chaud de l'élément nécessite un refroidissement intensif d'un autre système pendant son fonctionnement. Le système est relativement compact.