Охолодження елементом Пельтьє

1. Вступ Коли нам не вистачає для розгону звичайного повітряного кулера, коли ми вже не шукаємо легких...
2. Вибір модуля Пельтьє
3. Установка модуля Пельтьє
4. Тестування термоелектричної пластини
5. висновки

Вступ

Коли нам не вистачає для розгону звичайного повітряного кулера, коли ми вже не шукаємо легких шляхів, тому що вони не допоможуть, тоді ми починаємо звертатися до більш ефективним способам охолодження процесорів. Таким ефективним, безперечно, є водяне охолодження, яке досить поширене у закордонних оверклокерів, але зовсім не отримало поширення у нас. Водяне охолодження по ефективності можна порівнювати тільки з модулями Пельтьє і дорогими кулерами типу Volcano7 + . Ми багато разів вже говорили про всі достоїнства і недоліки термоелектричних модулів, і ось прийшов час зустрітися з ними віч-на-віч.

термоелектрична платівка

процесор

AMD Athlon 1133

SOYO DRAGON +

розгін

1200 МГц @ 1.88 В

Кулер

Swiftech MCX462 Температура повітря

24.4оС

Модуль Пельтьє (він же TEC, термоелектрична пластинка, термонасос і т.д.) купити в Росії нескладно. Більш того, якщо ви купите його в онлайн-магазинах, то є ймовірність, що це буде наш, російський модуль. У Росії ми маємо заводи, які виготовляють і продають термоелектричні модулі на експорт. Найбільш відомими вважаються Санкт-Петербурзькі заводи Кріотерм і Остерм. На заводі Остерм для вас можуть виготовити термоелектричний пластинку на замовлення, потрібної потужності і потрібних розмірів. Як мене запевняли, для використання на комп'ютерах виробник навіть може встановити роз'єм живлення PC-Plug на платівку, але потрапив до нас в термоелектричний модуль мав тільки два проводка, які навіть зачищати довелося самому.

Отже, ми вже не раз говорили про термоелектричні модулі, але швиденько згадати основні тези не завадить. Термоелектричні пластини використовують ефект Пельтьє (зворотний ефект термопари_, що полягає в тому, що при протіканні струму через два дотичних напівпровідника від одного до іншого, пластина нагрівається з одного боку і охолоджується з іншого, причому перепад температур на обох сторонах пластини однаковий. За це властивість модуль Пельтьє називають термонасосом. Сам по собі він не може охолодити процесор. він просто перекачує тепло, що виділяється від однієї обкладинки до іншої - від процесора до кулера. Виходить, що термоелектричний на ос має холодну сторону, де тепло поглинається, і гарячу, де виділяється. Причому, як і у випадку зі звичайним насосом, що виділяється тепло повинно кудись відводитися, тобто, його треба охолоджувати кулером. Але на гарячій стороні термопари виділяється також тепло, утворюється в результаті втрат, так як по ній теж тече струм, а закони фізики ніхто не відміняв. в результаті кулер повинен охолодити не тільки виділяється процесором тепло, а й тепло, що виділяється самою термоелектричної платівкою, так як ефективність у неї не 100% і сам модуль Пельтьє сильно Грее ться.

Наш модуль Пельтьє потужністю 78 Вт складався з 128 термопар (8 рядів по 16 термопар в кожному). Він був виготовлений на заводі Остерм в Санкт-Петербурзі. У каталозі продукції він іменується як K1-127-2.0 / 1.5S. Цей модуль має розміри 55x55 мм (акурат з процесор Athlon / Duron), харчується він від 12 В постійного струму і з торців промазав герметиком, щоб конденсат, або волога не могли замкнути ланцюга всередині пластинки і вивести її з ладу. Як видно, конструкція продумана спеціально для оверклокерів.

Це однокаскадний модуль, його товщина складає близько 4 мм, що можна порівняти з товщиною процесора, тому кріплення кулера, що охолоджує його гарячу сторону, треба буде трохи підігнути в разі потреби. А при інсталяції на сторону, до якої прилягає кулер, доведеться не пошкодувати термопасти, бо хороше відведення тепла від гарячої сторони дозволить ефективніше охолодити сам процесор. А площа дотику платівки з радіатором, як бачите, тут велика. Набагато більше, ніж площа дотику ядра процесора і холодної сторони пластинки. Встановлювати звичайний кулер, розрахований на товщину одного тільки процесора на термоелектричну пластинку набагато складніше. Тому краще всього використовувати кулери, що кріпляться до материнської плати через чотири отвори навколо гнізда, а не до самого гнізда. Тут треба також враховувати, що через що збільшується товщини охолоджуваного тіла (процесор + термопластінка) сталева скоба звичайного кулера надає занадто великий тиск на гніздо процесора і може його пошкодити, або відламати пластикові зубчики кріплення. Охолоджувати термоелектричний модуль треба хорошим, дорогим кулером, бажано з датчиком обертання вентилятора, тому що якщо він зупиниться, то спільно з процесором модуль Пельтьє розплавить материнську плату і сам вийде з ладу.

Про термоелектричні модулі пишуть дуже багато, але в більшості своїй це всього лише теорія. Хтось обіцяє зниження температури процесора нижче нуля градусів за Цельсієм, хтось говорить про високі швидкості розігнаних процесорів, але ті ж, хто наважується використовувати термоелектричні пластини для відводу тепла від процесора, стикаються з несподіваними, часто дуже серйозними проблемами.

Вибір модуля Пельтьє

Перш за все, як вибирати термоелектричний модуль? Перш за все, вам потрібно знати ширину і довжину процесора, або його ядра. У випадку з процесорами, що встановлюються в гніздо, вам знадобиться модуль, не більший розмірів гнізда, а й брати занадто маленький не має сенсу. Найкраще, щоб він був розміром з процесор. Якщо ж в комп'ютері встановлений процесор в слот, то вам доведеться купувати модуль розміром з ядро ​​процесора, хоча можете замовити і розміром з картридж - буде коштувати дорожче. Потім вам знадобиться знати потужність вашого процесора. Для деяких вона приведена в таблиці потужностей процесорів . Якщо вашого процесора там немає - дізнайтеся його потужність з документів на сайті виробника. Зазвичай, ця інформація не приховується від широких мас. Потужність модуля Пельтьє повинна бути не меншою потужності вашого процесора, а щоб відчути ефект, вона повинна бути більшою рази в півтора-два. Після того, як ви знаєте потужність, переконайтеся, що термоелектрична пластина видає цю потужність саме на 12 Вольтах, а не на 36 і не на 24 В. У комп'ютері вам найлегше знайти 12 В, і ні на які інші пропозиції погоджуватися не можна. Якщо ви знаєте різницю температур на холодної та гарячої сторонах модуля Пельтьє, то можете розрахувати і температуру ядра процесора з цим модулем. Формула тут дуже проста:

T = ((потужність процесора) + (потужність модуля Пельтьє)) * (терм. Опір кулера) + (темп. Повітря) - (різниця температур модуля)

З цієї формули видно, що чим краще кулер, тим ефективніше буде охолодження. По краях обкладок TEC повинен бути герметизований, щоб ніяка волога не могла закоротити його електричні ланцюги. І було б непогано, якби його проводу закінчувалися стандартним коннектором PC-Plug. Наш модуль мав наступні дані:

модуль Пельтьє

Виробник

Остерм

K1-127-2 / 1.5-S Робоча напруга, В

12

78 Розмір, мм

55x55x4.6

36 Макс. різницю температур, оС 71

Як видно, на блок живлення при використанні термоелектричного модуля лягає додаткове вельми відчутне навантаження, так що цей момент теж треба враховувати і купувати більш потужний блок живлення.

Установка модуля Пельтьє

Вся потужність, що розсіюється процесором (маються на увазі процесори AMD), зосереджена на невеликій площі - приблизно 1 см2. Керамічні пластини модуля Пельтьє мають низьку теплопровідність, тому в охолодженні процесора бере участь не вся площа термоелектричної пластинки, а тільки та, яка безпосередньо стикається з ядром процесора. Це цілком природно, адже тепло не може поширитися по всій площі холодної сторони модуля через низьку теплопровідність його обкладок. І якщо ви просто так встановіть модуль Пельтьє на процесор, навіть змастивши його термопастою, ви ризикуєте спалити мозок комп'ютера, адже потужності тих кількох термопар, розташованих над процесором, буде недостатньо для відводу тепла від ядра, а інші брати участь в охолодженні не будуть. Вирішити проблему може тільки хороша мідна прокладка між ядром процесора і термоелектричним модулем. Причому, якщо ви думаєте, що вам буде досить встановити звичайну мідну прокладку типу Thermaltak Copper Shim, то глибоко помиляєтеся. Ці прокладки не здатні так ефективно розподілити тепло по всій поверхні охолоджувача, як того вимагається. Вони взагалі більше створені для захисту від пошкодження ядра, ніж для допомоги охолодженню, хоча з цим вони теж допомагають справлятися. Але для рівномірного розподілу тепла по поверхні модуля Пельтьє вам знадобиться мідна пластинка, яка буде за розмірами дорівнювати модулю Пельтьє і стане прокладкою між ядром процесора і холодної стороною TEC. Причому, така пластинка повинна бути рівною, які не товстої, але і не дуже тонкою, щоб рівномірно розподіляти тепло по всьому модулю охолодження. Найкраще її добути з мідного радіатора на процесор. Видаливши ребра з такого радіатора, ми отримаємо вже відшліфовану з одного боку рівну платівку, яку залишиться лише трохи додатково обробити, рясно змастити термопастою і помістити між процесором і термоелектричної пластиною. Відразу виникає питання: чому б не зробити термоелектричний модуль з мідними обкладинками? Я на це питання відповісти не в силах.

Використання такої мідної прокладки просто необхідно, якщо розмір ядра процесора менше розміру термоелектричного модуля, а в більшості випадків це так і є. Хоча, для процесорів Intel Pentium 4 і Celeron 4 формату Socket-478 вона може і не знадобитися, адже ці процесори вже мають вбудований розподільник тепла і вони до того ж дуже малі в розмірах. Але ось у випадку з процесорами AMD треба пам'ятати, що мідна прокладка ще більше збільшить висоту, на яку треба встановлювати кулер. І я вам скажу - зміцнити його буде не так-то просто.

Тестування термоелектричної пластини

Нам, можна сказати, пощастило. Ми використовували материнську плату SOYO DRAGON PLUS , На яку спокійно уміщався один з кращих кулерів для процесорів AMD - Swiftech MCX462. Причому, зміцнити його було теж непросто - пружинки кріплення до материнської плати були стиснуті до межі. І якби не захист додаткової мідної прокладкою Thermaltake Copper Shim, процесор б загинув від yoрзающего кулера під час установки. За підрахунками, розігнаний процесор споживав приблизно 67.7 Вт замість штатних 63 Вт.

Отже, якщо подивитися на отриману систему охолодження з торця, то від низу до верху це буде процесор AMD Athlon, прокладка Thermaltake Copper Shim, що не збільшує висоту процесора, мідна прокладка, що додає приблизно 4.5 мм до висоти процесора, термоелектричний модуль Пельтьє, який додає ще 4.6 мм до висоті процесора і сам кулер Swiftech MCX-462. Тобто, ми збільшили товщину процесора приблизно на 9 мм, хоча прокладку можна було б зробити рази в два тонше, але все одно при сьогоднішній кулери з їх кріпленням навіть додаткові 6 мм товщини процесора серйозно ускладнять установку кулера. Обидві сторони термоелектричного модуля і обидві сторони мідної прокладки рясно змащувалися срібною термопастою. Платівка підключалася до блоку живлення на напругу 12В і, як годиться, встановлювалася на мідну пластинку холодної стороною. Не дивлячись на додаткове навантаження (78 Ватт - все ж не жарт), блок живлення витримав і не давав збоїв. Для порівняння ми протестували кращі на сьогоднішній день кулери Swiftech MCX-462, Thermaltake Volcano7 + і систему водяного охолодження Senfu WaterCooler II . Результати перед вами:

Як видно, ефект від застосування модуля Пельтьє виправдовує всі витрати і складнощі, пов'язані з його купівлею і установкою. Явна перевага над двома найкращими повітряними кулерами і над водяною системою охолодження. При розгляді результатів треба враховувати, що модуль Пельтьє охолоджувався кращим повітряним кулером, так що на більш дешевих кулерах він може показати набагато нижчу продуктивність.

висновки

Перш ніж ви підете в найближчий магазин за модулем Пельтьє, подумайте ще раз - чи зможете ви забезпечити його необхідним охолодженням, чи потягне ваш блок живлення додаткове навантаження, що перевершує сам процесор, чи зможете ви знайти мідну прокладку і зміцнити дорогий кулер на процесор? Останнє запитання найбільш актуальний, адже з доступних на російському ринку кулерів сьогодні для охолодження термоелектричної пластини можна рекомендувати лише Volcano 7, а він кріпиться скобою до гнізда процесора і без переробки кріплення не стане на додаткові 7-8 мм висоти процесора. Якщо ви включите термоелектричний платівку без навантаження, тобто, процесор буде або взагалі не грітися, або грітися дуже слабо, ви ризикуєте зіткнутися з ситуацією, коли він охолоне до точки роси і до освіти на ньому інею, що може привести до короткого замикання контактів. Щоб уникнути цього, вам знадобилося б термореле, що відключає модуль Пельтьє, коли температура процесора дорівнює кімнатній. Додаткове обладнання, особистий досвід щодо захисту від інею і установці кулера, - все це рано, чи пізно буде у справжніх оверклокерів, які вирішили охолоджувати процесор одним з найефективніших в усіх відношеннях способів - термоелектричної пластиною, або модулем Пельтьє.

Ми дякуємо Санкт-Петербурзький завод "Остерм" за надані елементи Пельтьє.

Михайло Дегтярьов (aka LIKE OFF)
10 / 06.2002