Vše o vodním chlazení

Každý z nás touží mít to nejlepší, u počítačů tím vrcholem je postavení kvalitního vodního chlazení. A pohled na takový počítač vždy potěší. Pojďme se podívat, co obnáší, pořízení si tohoto luxusu.


Nejdříve trocha teorie a historie
Myšlenka vodního chlazení má již dlouhou historii, inspirace pochází z chlazení pro auta. Systém je celkem jednoduchý – je potřeba mít čerpadlo (pumpu), tedy srdce celého systému, které okruhu dává život, dále je potřeba blok, který přenáší teplo mezi topícím čipem a vodou, pak hadice přes které voda proudí a nakonec radiátor, kde voda předává teplo a odvádí jej do vzduchu.
Právě proto, že myšlenka chladit počítač vodou pochází z aut, tak i první průkopničtí vodníci a vodnice vypadaly velmi podobně, dokonce se i používal radiátor z auta :) Až postupem času se začaly jednotlivé díly vylepšovat a přizpůsobovat pro počítačové užití.
Systém vodního chlazení tedy funguje tak, že my chceme, aby voda byla co nejchladnější. Jakmile voda projde přes teplý blok, který je usazen na čipu, voda do sebe nasaje teplo a v radiátoru je potřeba toto teplo odvést, aby voda byla znovu co nejstudenější. Jakmile bude nedostatečně výkonný radiátor, voda se bude nedostatečně ochlazovat a účinnost chlazení se bude snižovat.


Proč se používá voda a kdy nestačí vzduch?
Vše to začíná u fyzikálních zákonů.

1) Tepelná kapacita znamená, kolik tepla je médium schopné přijmout než se samo ohřeje o 1 stupeň
* Tepelná kapacita vzduchu je: 720 J/(kg.K )
* Tepelná kapacita Vody je: 4180 J/(kg.K )

Snadným výpočtem tedy lze zjistit, že voda má 5,8x vyšší tepelnou kapacitu, než vzduch. Znamená to, že voda odvede skoro 6x více tepla než vzduch a to už u vysokých teplot něco znamená.
Nakonec ale voda stejně musí předat teplo vzduchu, ale to se již provádí přes radíátor, který je 5x větší než chladič CPU.

2) Tepelná vodivost, je charakteristika, která znamená jak rychle se teplo v látce šíří
* Tepelná vodivost vzduchu je 0,0262 W*m -1*K -1
* Tepelná vodivost vody je pak 0,6062 W*m -1*K -1

A z toho vychází, že voda vede teplo minimálně 23x lépe než vzduch. Uvedené hodnoty jsou pro 25 stupňů ohřáté médium (voda, vzduch ), při nižších teplotách je vodivost lepší (např. voda při 0 stupních má 2,2 W*m -1*K -1 ).
Právě z těchto dvou důvodů vznikla snaha o využívání vody jako média pro odvod tepla z počítačových komponent. A jak si ukážeme, tak se jí to daří nejenom teoreticky, ale i v praxi.


Trocha bludů pro začátek:

1) Je nebezpečné
Schválně jsem jej uvedl jako první, protože se jedná o ten největší nesmysl. Do okruhu se nedává běžná kohoutková voda, ale voda destilovaná (determinovaná), která je nevodivá. Dále pokud je vodní okruh udělán z kvalitních materiálů a stavba je udělaná svědomitě, nemůže se stát, že by došlo k vytečení vody. Když jsem v úvodu psal, že jednotlivé části okruhu se neustále vylepšují, tak bezpečnost je priorita numero uno.

2) je drahé
Tato veličina je dost individuální. Postavení kvalitního vodního okruhu vyjde minimálně na 6 000,- což se někomu může zdát hodně, ovšem když zvážíme výhody, tak nakonec se jedná o částku poměrně nízkou. Když započítáme, že není nutné investovat do vzduchového chladiče CPU, investice do vodního chlazení se snižuje. Pokud přeci je jenom problém s financemi a přesto si jedinec chce dopřát luxus, občas se na specializovaných bazarech (PCT, CTTL) objevují použité díly. Cena se pak stáhne asi na 3000,-

3) je náročné na údržbu
Další blud, který nevím odkud přišel. Je pravdou, že u chlazení vzduchu člověk nasadí chladič na procesor a jednou za rok vymete usazený prach. V tomto směru se jedná o podobně jednoduchou záležitost. Jakmile se okruh vymyslí, postaví a naleje do něj voda, tak na minimálně půl roku máte klid. Celá údržba vodního chlazení spočívá ve velmi složitém rituálu – jednou za rok dolít odpařenou vodu :)

4) zabere hodně místa
Je pravdou, že vodní chlazení zabere více místa, než malý a méně účinný vzduchový chladič. Ovšem nejedná se o nijak závratnou obludu, která zabere polovinu obýváku. Celé je to o tom, jak se vodní chlazení vymyslí a kam se radiátor umístí. Někdo jej dává nahoru na skříň (jako já), někdo jej přidělá na bočnici, větší skříně však umožňují umístit radiátor i dovnitř. Celé je to o tom, jak se to vymyslí, aby to vypadalo co nejlépe.

5) takhle bych mohl pokračovat dál. Kdyby někoho z vás napadl dotaz ohledně vodního chlazení, přidejte svůj příspěvek do diskuze

Tím bychom měli za sebou teoretickou část mé bakalářské práce o vodním chlazení :) Nyní jak to v praxi udělat, aby vodička bublala i u Vás…


Výběr vodního chlazení
Nejdůležitější je výběr vhodných komponentů, pojďme si ukázat, co je nejlepší z dnešní nabídky.

Pumpa
Začneme u výběru pumpy neboli čerpadla. Velmi výkonné čerpadlo je Laing DDC 1T Plus, ale tento výkon sebou nese dva nepříjemné vedlejší efekty – vyšší hlučnost a zahřívání. Je k němu sice dodávaný pasiv, ale podle zkušeností majitelů není příliš dostačující a mnozí jej nahrazují vlastní výrobou.
Často se to tedy řeší výběrem Laing DDC 1T, který odstranil tyto nepříjemné vedlejší efekty a pro počítač je stále více než dostatečný. Druhý jmenovaný je tedy velmi rozumným výběr vzhledem k ceně.
Když bychom měli zabrousit do luxusní edice čerpadel, tak tam bych zařadil jediný - Laing D5. Tato pumpa je sice dražší, ale průtok má vyšší ve srovnání s verzí 1T. Navíc má pět stupňů rychlosti, takže může být libovolně regulován podle zahřívání bloků a hlučnosti. Z mojí vlastní zkušenosti stačí první a druhá rychlost, vyšší rychlost již nepřináší snížení teploty, jen se zbytečně zvedá hlučnost pumpy.


TOP a Expanzní nádoba
Soudruzi dali hlavy dohromady a přišli na to, že když se na pumpu přidělá nástavec s vodou, zvýší se tak výkon čerpadla. Vznikl tak TOP, který mnozí majitelé oceňují.
Expanzní nádoba je zásobárna vody s kapacitou 150-500ml. Její umístění se doporučuje nad pumpu, aby při zavodňování okruhu voda natekla co nejsnadněji do pumpy.
Někdy se můžeme setkat i s tím, že TOP a expanzka jsou spojeny v jeden kus, jak je tomu např. zde pro Laing 1T nebo zde pro Laing D5. Právě expanzku do 5,25" pozice pro Laing D5 používám, původně jsem měl obavy z přenosu vibrací z pumpy na skříň, ale byl jsem příjemně překvapený, celá tato kombinace je úplně tichá a obrovsky výkonná.


Blok na procesor
Další důležitou částí vodního okruhu je blok. U bloků CPU je nabídka velmi široká. Kdybych měl vybrat ty, které stojí nejvíce za zvážení, vypíchnul bych dva – oba z tuzemské výroby. Jeden je od mistra Gorelorda s názvem B-400, což je postupným upgradováním blok přivedený k dokonalosti. Druhým CPU blokem, který si zaslouží pozornost je od mistra Cawedoga s názvem ZOUY. Oba dva bloky jsou velmi dobré, ať se provede ten či onen výběr, majitel bude velmi spokojený.


Blok na grafickou kartu
Pro grafickou kartu jsou dva druhy bloků – buď univerzální, který lze dát na více druhů grafických karet, takový blok chladí pouze grafický čip. Nebo fullcover vodní bloky, které chladí již celou grafickou kartu, tedy nejenom samotný čip, ale i paměťové čipy a napájecí kaskádu (VRM). Je celkem logické, že právě fullcover bloky jsou vyráběny speciálně pro každý typ grafické karty a nelze je tedy použít jinde. U novějších grafických karet (GeForce 2xx, 4xx, ATI 5xxx) se již používají pouze fullcover vodní bloky, tyto grafické karty již mají vyšší spotřebu a jde to vidět i na tepelném vyzařování, nejenom samotného grafického čipu, ale i napájecí kaskády. Protože se jedná o velké kusy mědi, tak i výroba je dražší a promítne se to na ceně samotného bloku. Fullcover bloky se prodávají od dvou do čtyř tisíc podle typu grafické karty (čím větší karta, tím více mědi), použitém horním materiálu (plexi nebo Acetal), zda je blok ještě poniklovaný a co dělá velké rozdíly mezi jednotlivými kusy je samozřejmě značka. Osobně doporučuji ať je blok poniklovaný (proti galvanické korozi) a použitý materiál z Acetalu, rozdíl je viditelný zde na videu.
Univerzální bloky jsou malé, levné a univerzální. U starších grafických karet se často používají, protože u těchto méně výkonných grafických karet se již moc nezahřívá napájecí kaskáda, paměťové čipy taky ne a stačí již chladit jenom samotný grafický čip. Na VRM a paměti se přilepí pasivy a dílo je dokonáno. Kdybych měl vyzdvihnout nějaký univerzální GPU blok, ocenění dostane blok od Cawedoga.


Bloky na základní desku
Stejně jako u grafických karet jsou speciální a univerzální bloky, stejné je to i chlazení základní desky s čipsetem. Jsou speciální typy pro chlazení konkrétních desek, příznačně nazvané fullcover bloky. Tohle se používá i základních desek, které mají vysoce topící čipset či jiné části základní desky, jde především o desky na socketu 1366, které používají více grafických karet. Jinak se používá univerzální blok pouze na čipset, i tento typ vyrábí mistr Gorelord i mistr Cawedog.
Pokud se plánuje vysoké taktování procesoru, je doporučován ještě blok na mosfety základní desky. Tato část se nachází nad procesorem a nalevo od něj, často tam již bývají usazené pasiv, které ovšem při vysokém OC již dost topí. A aby nedocházelo, že taktovací strop bude způsoben nedostatečným chlazením mosfetů, dávají se bloky i tam.

Bloky na paměti a pevné disky
Poslední věcí, co se ještě dá chladit pomoci bloků jsou operační paměti a pevné disky. Zde záleží na použitém typu operační paměti, konkrétně tedy na voltáži a jaké má paměť zahřívání. Pokud již v základu topí jako čert a my budeme chtít taktovat přes zvýšení napětí, tak na to již pasivy často nestačí. Pokud ovšem teploty čipů nepřesahují 50°C, je zbytečné vodní bloky volit.
Vodní chlazení operační paměti a pevného disku je již spíše vyjímečná záležitost, z důvodu vysoké pořizovací ceny bloku a u pevného disku z důvodu nepříliš vysokého zahřívání. Ovšem je to individuální, i já jsem před nějakým časem uvažoval o vodním chlazení pevného disku, bylo to ovšem z důvodu, že jsem jej chtěl mít umístěn tam, kde by jej neofukoval ventilátor.

Chladit vodu dnes můžeme úplně celé PC. Klidně i zadní část základní desky nebo zdroj. . představivosti a rozmanitosti se meze nekladou, často ovšem nápady končí u finálního rozpočtu.

Radiátor
Další důležitou součástí vodního okruhu je radiátor, tedy místo, kde voda předává své teplo radiátoru a ten jej dále odvádí do vzduchu. Výběr radiátoru je velmi individuální záležitost právě z důvodu jeho umístění. Někdy se dává dovnitř skříně (pak je potřeba předem vybrat větší skříň), sobně se více přikláním k variantě umístění ven – dochází tak k lepšímu ochlazování.
Slušný radiátor za rozumnou cenu je NexXxus Extreme III, což je radiátor určený pro tři 12cm ventilátory. Jedná se o levný a přesto dobrý radiátor.
Dalším radiátorem vhodným za zmínku je XSPC RX360, což je taky radiátor pro tři 12ventilátory, ovšem již má téměř dvakrát větší chladící plochu (je vyšší) – jedná o skutečný luxus, který uchladí celé PC i se dvěmi grafikami.
Třetím radiátorem, o kterém by jste měli vědět, je MO-RA 3. Jedná se o nástupce monstrózní MO-RA 2, která je určena pro devět 12cm ventilátorů a instalaci na bočnici skříně. Tento radiátor je dimenzován pro pasivní provoz vodního chlazení bez ventilátorů, i když přeci jenom zcela pasivní provoz není příliš vhodný – alespoň pár pomaloběžných ventilátorů tak udělá divy. Bohužel vše PRO má i své PROTI a to platí i zde. Jedná se o velmi výkonný radiátor, ale s obrovskou restriktivou (odporem), takže bude zapotřebí mít velmi výkoné čerpadlojako Laing 1T Plus. Mo-ra 3 je ve dvou verzích LT a PRO. Liší se pouze tím, že na verzi PRO lze umístit ventilátory z obou dvou stran – tohle ovšem při velikosti radiátoru považuji za zbytečné.

Zda se zvolí první, druhý nebo třetí výběr je čistě na volbě umístění. První má výhodu nízké ceny, druhý výhodu vysokého výkonu a třetí výhodu extrémního výkonu, zase na úrok vysoké ceny a restriktivy. V okruhu je samozřejmě možné mít i více radiátorů, jak jsem již psal, je to o tom, jak se vymyslí umístění radiátoru/radiátorů.


Hadice
Další nedílnou součástí vodního okruhu jsou hadice. Velmi často opomíjená část, však zajdu do OBI a koupím místní hadici. Až pozdě se zjistí, že i zde je potřeba vybírat opatrně. Rozdíly jsou právě v použitém materiálu a rozměrech. Ty levné jsou z polyuretanu (PUR) nebo z PVC, což je klasická umělá hmota, která časem začne ukazovat známky únavy materiálu. Tím bych vyloučil použité materiály, kterým by se při stavbě kvalitního vodního okruhu mělo vyhnout.
Nejlepší je použití hadic značky Tygon, což jsou nestárnoucí a neoxidující hadice, navíc odolávající většině anorganických chemikálií. Práce s nimi je jedna velká radost – prostě luxus :)
Když jsme si ukázali, jaký typ hadic je vhodné vybrat, ještě je potřeba vybrat rozměr. U hadic se uvádí vnější a vnitřní průměr, označovaný např. 11/16mm. Na výběr je tedy použití 11/8 až extrémní 19/13. Je dokázáno, že širší hadice přináší lepší chladící účinek, ovšem do rozměru 16/11. Širší již nemají přínos ve snížení teploty, jen to vede k většímu množství vody v okruhu a je tedy nutné mít i silnější čerpadlo. Právě proto jsou Tygon R3606 16/11 nejrozumnější volbou pro většinu PC.



Fitinky a adaptéry
Jedná se o takové ty kovové násosky, které se zašroubují do bloku a nasadí se na ně hadice. Často se používají obyčejné fitinky, u kterých se hadice stahuje železnými svorkami. Tyto fitinky jsou levné a spoustě lidí stačí. Jenže když se sečte cena fitinky a svorky, již to tak levné není :) Naštěstí se kovové svorky dají nahradit plastovou stahovačkou, je to levné, ovšem stáhnutí hadice již není tak pevné.
Protože se všechno neustále vylepšuje, tak tohle vylepšení poznamenalo i fitinky. Tím nejlepším jsou převlečené fitinky, u kterých se již nepoužívá svorka ke stáhnutí, ale hadice se upevňuje přišroubováním. Práce s nimi je jedna velká radost, vypadají skvěle, ale vždy to nejlepší je náležitě oceněno a týká se to i těchto fitinek. Navíc pokud je zájem o výrobce Bitspower, cena ještě roste. U nás jsou poměrně drahé, doporučuji nakoupit v USA, vyjde to tam mnohem levněji (stejně jako hadice).
Společně s fitinkami je potřeba taky zmínit zahnuté ataptéry, tedy různě ohnuté nástavce pro fitinky, umožňující tak správné nasměrování fitinky určitým směrem.


Tím bych měl mít vyjmenované všechny hlavní části vodního chlazení. Samozřejmě jsou i další, jako teplotní senzory, či různé další vylepšení, protože se jedná o spíše již vyjímečné vylepšování, pro tyto další věci bych tedy nechal otevřenou diskuzi.


Stavba a postřehy
Když již máme vybrány správné části, můžeme se pustit do stavby vodního okruhu. To již jde velmi rychle a hlavně zábavně. Dovolím si ovšem upozornit na pár postřehů, které je potřeba dodržovat.

1) při utahování CPU bloku si dát pozor na sílu utažení. Při šroubování přes závit se to nemusí zdát, ale jakmile se blok přitáhne moc, je možné tak zničit i piny na základní desce. Takže moje doporučení je raději nejdříve přitáhnout málo, a pokud budou teploty bez zátěže na více než 50°C, tak přitahovat – jakmile blok bude sedět na procesoru, pozná se to na teplotách okolo 35-40°C na jádrech.
Tohle se dá velmi často vyřešit prostým zakoupením kvalitního backplate. Jedná se o vyztužení zadní strany základní desky, tady je obrázek, jak vypadá. Při výběru je potřeba vybírat jen ty kvalitní, z vlastní zkušenosti doporučuji zase jeden z dílny cawedoga, samozřejmě další vyrábí i EK či jiní výrobci.

2) při plánování sestavy vodního chlazení je rozumné mít pumpu pod expanzní nádobou. Dojde tak k zaplnění pumpy vodou a snadno se tak zavodní okruh.

3) dvakrát měř a jednou řež. Hadice (zvlášť Tygon) jsou poměrně drahé a jednou rozřezaná hadice již tak zůstane napořád. Promysli si tedy vodní okruh tak, abys nemusel zbytečně plýtvat hadicemi

4) žebrování radiátoru je velmi náchylné na poškození, pokud na radiátoru není umístěn ventilátor, doporučuji alespoň použít kovovou mřížku, která se dává před/za ventilátor

5) po zavodnění okruhu je dobré ještě otočit radiátor vývodem nahoru, aby všechen vzduch měl možnost uniknout. Doporučuji pumpu několikrát vypnout a zapnout, ať se vzduchové bubliny prorazí novým proudem. Stejně tak i po prvotním zavodnění bude pumpa hlučná, je to z důvodu, že je v ní vzduch. Je potřeba tento vzduch nechat vypustit.

6) nákupem vodníka se stáváš závislákem k jeho dalšímu rozšiřování. Předem tedy upozorňuji, že tato závislost může vést k rodinným konfliktům, když šperkováním trávíte příliš mnoho času :-)

Theme by Danetsoft and Danang Probo Sayekti inspired by Maksimer