Vodena hlađenja (1)

Da li ste nekada instalirali i pokrenuli neki od programa za očitavanje temperature računara? Ako jeste, a niste bili zadovoljni viđenim, budite bez brige – rešenje postoji

Blokovi: a) za procesor (CPU); b) za grafiku GTX580 (Full Cover); c) za naponsku jedinicu na ploči (MOSFET); d) za RAM; e) za GPU (univerzalni)

Rashlađivanje kompjuterskih komponenata staro je koliko i sami kompjuteri. Na samom početku razvoja kućnih računara tome se nije pridavalo mnogo pažnje, jer se hlađenje svodilo na rudimentarne metalne hladnjake koji su hladili tek poneki tranzistor. Kako su čipovi postajali moćniji, tako je rasla i njihova žeđ za strujom, pa se i potrošnja povećavala, a paralelno sa megahercima rasle su i temperature. Pasivno hlađenje još pre 20 godina počelo je da biva nedovoljno, pa su se tako pojavili i prvi ventilatori kao standardni deo opreme rashladnih sistema. Ovakav koncept zadržao se do danas, s tim što su se dimenzije hladnjaka povećavale, uz sve češću upotrebu toplotnih cevi, dok su ventilatori pored sve većih dimenzija dobijali i na brzini. Vremenom je postalo jasno da ovakav koncept ima fizička ograničenja i da neće moći da se razvija u nedogled. Masivni hladnjaci su zbog sopstvene težine dovodili u pitanje bezbednost komponenata, dok su njihove velike dimenzije često pravile probleme prilikom sklapanja računarskih konfiguracija. Ventilatori su pak težili tome da evoluiraju u turbine, pošto je buka koju su stvarali neretko bila jednaka onoj koju proizvodi prosečan usisivač. Negde je morala da se povuče granica, pa su i sami proizvođači čipova počeli da vode računa o potrošnji i zagrevanju svojih proizvoda. Dalji rast kulera nekako je obuzdan, ali napredniji korisnici često nisu bili zadovoljni temperaturama koje su dostizali njihovi ljubimci. Iako su ove vrednosti bile u okvirima proizvođačkih specifikacija, često se prenebregavala činjenica da visoke temperature nepovoljno utiču na dugotrajnost elektronskih komponenata. Rešenje se prosto samo nametnulo.

Zašto baš voda?

Jedna od karakteristika vode je, pored ostalog, i vrlo visoka vrednost njenog specifičnog toplotnog kapaciteta – sposobnosti da apsorbuje spoljnu toplotu, uz relativno mali porast sopstvene temperature. Kada uzmemo u obzir i tečno agregatno stanje u kome se voda nalazi na sobnoj temperaturi, dobijamo skoro savršeno sredstvo za odvođenje toplote sa vrelih čipova. Ipak, obična voda ne odgovara u potpunosti sistemima vodenog hlađenja, pre svega zbog svojih hemijskih karakteristika. Naime, ona sadrži različite primese koje negativno utiču na metalne komponente vodenih sistema i mogu dovesti do njihove korozije, kao i do stvaranja naslaga kamenca unutar njih. Zbog toga je neophodno koristiti destilovanu ili demineralizovanu vodu. Tu dolazimo do drugog problema, jer ovako prečišćena voda, u kombinaciji sa toplotom hlađenih komponenata, predstavlja idealnu sredinu za razvoj mikroorganizama, naročito algi, koje takođe mogu dovesti do oštećenja sistema. Zbog toga je potrebno u nju dodati neku vrstu biocida koji će sprečiti razvoj mikroorganizama. Za tu svrhu mogu se upotrebiti razna namenska hemijska sredstva ili komadi srebra visoke čistoće. Voda ima još jednu osobinu zbog koje se ne može okarakterisati kao idealno rashladno sredstvo – u kontaktu sa dva različita metala ponaša se kao (slab) elektrolit. Zbog čega je to važno? Maltene je nemoguće sklopiti jedan sistem vodenog hlađenja u kojem će sve metalne komponente biti od istog materijala, a kada su dva različita metala u kontaktu posredstvom vode, dolazi do procesa poznatog kao galvanska korozija. Tipičan primer predstavlja kombinacija bakra i aluminijuma, gde aluminijum toliko brzo korodira da sistem postaje neupotrebljiv za svega nekoliko meseci. Zato je neophodno koristiti neki antikoroziv koji smanjuje elektrolitsku ulogu vode. Iako sve ovo možda zvuči komplikovano, u praksi je vrlo jednostavno napraviti odgovarajuću smešu vode, antifriza (koji ima ulogu antikoroziva) i nekog biocida. Za one koji ne žele da rizikuju i eksperimentišu, tu su i već gotova rešenja raznih proizvođača, ali po prilično visokim cenama.

Vodena pumpa

Fitinzi: a) ravni; b) kompresioni

Pumpa je srce svakog vodenog sistema. Od njenih karakteristika direktno zavise performanse svih ostalih komponenata i zbog toga je važno odabrati odgovarajući model, adekvatan zahtevima sistema. Uglavnom se koriste dva tipa pumpi – linijska i centrifugalna, mada je tip pumpe nebitan za ovu svrhu. Ono što je mnogo važnije jesu performanse koje pumpa ostvaruje, a one se iskazuju protokom tečnosti u litrima na čas (l/h, lph) i pritiskom koji pumpa ostvaruje, koji se izražava visinom na koju je pumpa sposobna da ispumpa vodu (eng. head, daje se u metrima vodenog stuba). Protok pumpe uvek se meri kada je pumpa u istoj visini sa priključenim crevima i rezervoarom, tako da deklarisani podaci uvek odstupaju od onih koji se postižu u realnim uslovima. Tako se može desiti da pumpa koja ostvaruje veliki protok, ali razvija nizak pritisak, u određenim uslovima i složenim sistemima postigne daleko slabije rezultate od one koja deklarativno ima manji protok, ali razvija veći pritisak. Zato prilikom odabira pumpe uvek prvo treba gledati koliki pritisak razvija, pa tek onda koliki joj je protok.

Rezervoar

Upotreba rezervoara u vodenom sistemu nije neophodna, ali je svakako poželjna. Njegovom upotrebom znatno se olakšava punjenje sistema i ispuštanje zaostalog vazduha. Glavna mana rezervoara je to što se njegovom upotrebom povećava ukupna količina tečnosti u sistemu. To u suštini nema nikakvog uticaja na performanse sistema, ali kada se koriste skupe fabričke tečnosti, svaka kap je dragocena. Pored toga, rezervoar zauzima dragoceni prostor unutar kućišta. Zato prilikom izbora rezervoara pre svega treba obratiti pažnju na to gde će se najbolje uklopiti i zauzeti najmanje mesta. Sama zapremina je, kao što smo već rekli, nebitna, ali rezervoari veće zapremine olakšavaju održavanje sistema, jer je ređe potrebno dopunjavati rashladnu tečnost koja vremenom isparava i čiju je količinu neophodno održavati na potrebnom nivou. Rezervoari mogu biti integrisani sa ostalim delovima sistema, najčešće sa pumpom, ali i sa radijatorom, a na korisniku je da odabere koja mu varijanta najviše odgovara. Alternativa rezervoaru je naopako postavljena T-račva. Na srednjem kraku ove račve nalazi se slobodan kraj creva ili posebno prilagođen otvor za dopunjavanje tečnosti. T-račva uvek mora da bude na najvišoj tački sistema kako tečnost ne bi iscurela napolje. Jedina prednost ovakvog rešenja je u tome što je račva jeftinija od rezervoara i što je sistemu potrebna manja količina tečnosti, ali je zato znatno teže ispustiti vazduh iz sistema i neophodno je mnogo češće dopunjavanje rashladne tečnosti.

Blok

Radijator 360 mm

Blok je u suštini hladnjak koji je prilagođen vodenom hlađenju. Njegova površina znatno je manja od površine savremenih vazdušnih hladnjaka, ali zahvaljujući neuporedivo većoj gustini vode u odnosu na vazduh, blok mnogo efikasnije odvodi toplotu sa hlađene komponente. Postoji mnogo različitih konstrukcija blokova, kao i različitih tipova namenjenih hlađenju raznih komponenata sistema. Najčešće se koriste verzije namenjene montaži na procesore i grafičke karte, ali postoje i blokovi posebno prilagođeni čipsetovima, naponskim jedinicama matičnih ploča, RAM modulima, hard diskovima, a postoje čak i napajanja prilagođena vodenom hlađenju. Najbitnije karakteristike svakog bloka su njegova efikasnost i restriktivnost. Efikasnost bloka direktno zavisi od vremena koje je potrebno da voda prođe kroz njega. Što se voda duže zadrži u unutrašnjosti bloka, to će više toplote uspeti da apsorbuje i shodno tome će hlađena komponenta imati nižu temperaturu. S druge strane, što se voda duže zadrži u bloku, to je njegova restriktivnost veća. Restriktivnost predstavlja svojevrstan otpor koji blok pruža proticanju vode. Ako je ona previsoka, proticanje će se znatno usporiti i time degradirati performanse sistema. Neophodno je, dakle, naći pravi odnos između ovih krajnosti kako bi jedan blok bio uspešan u odvođenju toplote, a da pritom ne usporava previše proticanje vode u sistemu. Zato se prilikom izbora bloka mora voditi računa o ukupnoj restriktivnosti sistema u odnosu na snagu pumpe.

Radijator

Ono što su rebra hladnjaka kod vazdušnog hlađenja, to je radijator u vodenom sistemu – disipaciona površina. Pravilan odabir radijatora je od suštinskog značaja za performanse vodenog hlađenja. Svaki radijator ima propisanu disipacionu moć, ali ta vrednost nije fiksna i zavisi od ventilatora koji se koristi uz radijator. Brzi ventilatori brže odvode toplotu sa radijatora, ali zato obesmišljavaju koncept vodenog hlađenja – da bude efikasno, ali i tiho. Odabir adekvatnog ventilatora zavisi i od tipa radijatora koji se koristi. Starije vrste koristile su cevi oblika valjka za protok vode i aluminijumska rebra zakačena za njih. Ovakav koncept nije naročito efikasan, jer je kontaktna površina između vode i cevi relativno mala u odnosu na količinu vode koja kroz njih protiče. Zato se danas najčešće upotrebljavaju radijatori koji koriste pljosnate cevi i gustu mrežu tankih bakarnih listića između njih. Pljosnate cevi omogućavaju znatno veću kontaktnu površinu vode i zidova cevi, pa time i bolje rashlađivanje vode. Kod ove vrste radijatora moguće su konstrukcije kod kojih voda prolazi jednom ili više puta kroz cevi pre nego što napusti radijator. Radijatori jednostrukog protoka su u prednosti kada su u pitanju restriktivnost i brzina ventilatora neophodnih za njihovo hlađenje, koja može biti i prilično mala. Glavna mana im je manja disipaciona površina, pa zbog toga moraju da budu fizički veći da bi postigli iste rezultate kao radijatori višestrukog protoka. Iako je poželjno da disipaciona površina bude što veća, ne treba preterivati, jer kada radijator ima dovoljnu disipacionu moć da ohladi vodu na sobnu temperaturu, dodavanje još jednog ili njegova zamena boljim radijatorom neće doneti bolje performanse sistema.

Creva

Pumpa sa rezervoarom

Ako je pumpa srce sistema, onda su creva njegove arterije. Uprkos tome što upotreba različitih vrsta creva ni na koji način ne utiče na performanse sistema, izbor adekvatnog tipa je važan zbog drugih stvari. Najčešće se proizvode creva prečnika šest, 10 (tačnije 9,5) ili 12 milimetara (1/4, 3/8 i 1/2 inča), mada postoje i ona sa prečnicima između ovih veličina. Creva manjih prečnika fleksibilnija su i lakše ih je saviti, ali je zato protok tečnosti kroz njih manji u odnosu na ona sa većim prečnikom. Najčešće korišćena creva su ona sa prečnikom od devet milimetara, koja nude najbolji kompromis između protoka i savitljivosti. Proizvode se od plastike, silikona ili posebne vrste gume. Plastična su najdugotrajnija, ali i najmanje savitljiva. Gumena su najfleksibilnija, ali imaju tendenciju pucanja posle nekoliko godina, naročito na oštrim prevojima. Silikonska su, prema mišljenju mnogih, najbolja, jer su znatno dugotrajnija od gumenih i dovoljno savitljiva da povežu ostale komponente u najvećem broju slučajeva. Pored toga, vizuelno su najdopadljivija jer se proizvode u raznima bojama, a mogu biti i providna. Takođe, najlakše ih je iseći na potrebnu dužinu običnim kućnim makazama.

Fitinzi

Fitinzi su svojevrsne spojnice između creva i ostalih komponenata, a proizvode se od plastike ili metala. Upotreba plastičnih nije preporučljiva jer su podložniji fizičkim oštećenjima prilikom montaže. Fitinzi mogu biti sa pravim krajevima ili kompresioni. Kod prvih se crevo pričvršćuje metalnom šelnom (obujmicom) ili plastičnim vezicama i znatno su jeftiniji. Kompresioni fitinzi koriste posebnu maticu koja fiksira crevo i mnogo su pouzdaniji, jer na takvim spojevima izuzetno retko može doći do curenja vode. Prilikom izbora fitinga treba voditi računa o tome da odgovaraju unutrašnjem prečniku creva, a u slučaju upotrebe kompresionih fitinga treba voditi računa i o tome da spoljašnji prečnik creva odgovara matici fitinga.

• • •

Crevo prečnika 10 mm (3/8”)

Vodeno hlađenje ima svojih očiglednih prednosti, ali i nedostataka. Neuporedivo niže temperature hlađenih komponenata u odnosu na one koje se postižu upotrebom klasičnih vazdušnih hladnjaka doprineće dužem radnom veku čitavog sistema uz znatno manju buku, čime rad na računaru postaje prijatniji. Ipak, sve ove prednosti koštaju više u odnosu na klasična rashladna rešenja. Iole pristojno vodeno hlađenje, kojim će se hladiti samo procesor, teško da može da se sklopi za manje od 150 evra, dok vrhunski sistemi koji hlade čitav sistem dostižu cifre za koje se može kupiti sasvim solidna gejmerska mašina. Tu je i problem instalacije i održavanja sistema, što zahteva više znanja, vremena i opreznosti korisnika, jer samo jedna jedina kap koja dođe u kontakt sa nekom komponentom računara može da izazove pravu havariju i ogromnu štetu. Mi ćemo se već u sledećem broju potruditi da vam dokažemo i pokažemo da sve ovo ipak nije neka velika nauka koja je rezervisana samo za najzagriženije entuzijaste. Tada će biti malo više reči o praktičnim rešenjima i smernicama za uspešno uvođenje vode u kompjuter.

Vladimir TRAJKOVIĆ