V dnešnej dobe, keď sa počítače stávajú čoraz výkonnejšími, je účinné chladenie nevyhnutnosťou. Vodné chladenie je jednou z najefektívnejších metód, ako udržať teplotu komponentov na optimálnej úrovni. V tomto článku sa pozrieme na to, ako si vyrobiť vlastný vodný chladič pre váš počítač, pričom sa zameriame na rôzne aspekty, ako sú komponenty, montáž, výhody a nevýhody. Okrem toho si objasníme niektoré bežné mýty a omyly, ktoré sa s touto témou spájajú. Cieľom je vytvoriť efektívny chladič, ktorý bude slúžiť dlhé roky, s dôrazom na
Základné princípy a motivácia pre vodné chladenie
Vodné chladenie má vysoký chladiaci výkon, ktorý sa diametrálne líši od ostatných typov chladenia, ako napríklad chladenie vzduchom. Prináša oveľa lepší výkon, najmä pri pretaktovaní komponentov. Rozdiel medzi vzduchovým a vodným chladením je v tepelnej kapacite vzduchu vs. vody. Zjednodušene, kilo vody absorbuje viac tepla ako kilo vzduchu. Voda chladí lepšie a chladiaca plocha je o dosť väčšia ako hoci aj u dvojsklapového chladiča.
Kým u vzduchového chladenia sa vzduch ofukuje priamo na rebrá chladiča CPU a ďalšie komponenty v bedni, a následne sa horúci vzduch vyháňa von, u vodného chladenia sa teplo prevádza z chladiča do kvapaliny. Tá sa čerpadlom ženie do radiátora, kde sa teplo prenesie na vzduch. Hoci to zahŕňa viac "technológie", voda dokáže nabrať viac tepla naraz a rýchlejšie ho odviesť. Vodné chladenie teda umožňuje rýchle odvedenie teplej vody a prinesenie studenej, na rozdiel od vzduchového, kde odvod teplého vzduchu a prísun studeného prebieha pomalšie.
Spotreba TOP komponentov samozrejme rapidne stúpla, a s tým súvisí potreba lepšieho odvodu tepla. Napríklad, zatiaľ čo staršie procesory i7-2600K alebo i7-7700K mali spotrebu okolo 95W, moderné i9-13900K sa pohybujú od 125W po 253W. Podobne grafické karty, ako RTX 4090, majú spotrebu 450W. Práve pri týchto výkonných komponentoch sa vodné chladenie prejaví ako výrazne tichšie riešenie, aj keď je počiatočná investícia vyššia.
Komponenty vodného chladiaceho okruhu
Základný popis práce vodného chladenia je nasledujúci: vodné bloky odoberajú teplo z komponentov a odovzdávajú ho vode. Vodná pumpa v okruhu ženie ohriatu vodu do radiátora, kde sa voda následne ochladí a putuje ďalej do expanznej nádoby. Tento proces sa neustále dookola opakuje. Okrem samostatných komponentov vodného chladenia je možné na trhu kúpiť aj riešenia "všetko v jednom", teda "all-in-one" (AIO) vodné sety.
Vodné bloky
Vodné bloky slúžia na odvod stratového tepla z procesora a ďalších zdrojov produkujúcich teplo. Všeobecne sa neodporúčajú bloky alebo radiátory vyrobené z hliníka, okrem prípadu, keď je celý vodný okruh z hliníka a bez medených súčastí, kvôli riziku galvanickej korózie. Medzi kvalitné bloky na CPU s perfektným pomerom cena/výkon patria EK Water Block EK-Supremacy MX s medenou základňou. Špičkové vodné bloky sú tiež Watercool Heatkiller IV, EK Water Blocks EK-Supremacy EVO, Aqua Computer Kryos XT HighFlow a Koolance CPU-380.
Pri blokoch na grafickú kartu sa musíme rozhodnúť, či chceme tzv.
Radiátory
Radiátor je dôležitá súčiastka chladiacej sústavy, ktorá odoberá teplo z vody a odovzdáva ho do okolitého vzduchu. Pri pasívnych radiátoroch sa teplo odvádza samovoľným prúdením vzduchu. Tieto výmenníky tepla sú spravidla veľké, ťažké a nemožno s nimi dosiahnuť žiadnych zázračných teplôt, ak vlastníte PC s vyšším výkonom. Pokiaľ ale preferujete úplné ticho, je to dobrá voľba. Posledné modely pasívnych radiátorov kombinujú možnosť inštalovať v prípade potreby aj ventilátory.
U aktívnych radiátorov sa väčšinou používajú ventilátory s rozmerom 120x120 mm alebo 140x140 mm, ktoré sú v súčasnej dobe najviac rozšírené a pri relatívne nízkych otáčkach produkujú dostatočné množstvo vzduchu postačujúce na prefúknutie lamiel radiátora. Na trhu sa môžeme stretnúť s radiátormi vyrobenými pre jeden až deväť ventilátorov; bežne sa používajú radiátory pre jeden až tri ventilátory. Ak vlastníme výkonné čerpadlo, môžeme zapojiť do okruhu väčšie množstvo radiátorov a tým znásobiť výkon. Lamely radiátorov sú vyrábané z ocele, hliníka alebo medi. Ideálnymi radiátormi sú dnes výrobky firmy Alphacool s názvami ST30, XT45 a UT60. Jednotlivé verzie sa líšia hrúbkou radiátora a vyrábajú sa pre 120mm, 140mm, alebo aj 180mm ventilátory.
Čerpadlá
Na trhu existuje mnoho čerpadiel od rôznych výrobcov, ktoré sa líšia výkonom aj cenou. Medzi užívateľmi sú najviac obľúbené čerpadlá Laing. Pumpa v okruhu má najdôležitejšiu úlohu. Laing DDC pumpy sa môžu pochváliť svojimi malými rozmermi, prevádzkou na 12V, veľkou výtlačnou výškou, skvelým prietokom a veľkou tvrdosťou. Tieto pumpy odporúčame kombinovať s niektorým z alternatívnych TOPov - buď v plexi, alebo acetal verzii. S takýmto TOPom má potom pumpa lepšie prevádzkové vlastnosti a je tichšia. Rovnako v prípade Laing DDC Plus pumpy (18W verzia) odporúčame pumpu, resp. jej telo chladiť špeciálnym kovovým obalom, ktorý slúži ako chladič.
Laing D5 pumpy patria medzi najkvalitnejšie s extra nízkou možnosťou poruchy, skvelým výkonom a možnosťou plynulej regulácie na zadnej strane tela pumpy. Netrpia prehrievaním elektroniky ako v prípade DDC verzií Laing. Pri kúpe Laing D5 je nutné zakúpiť TOP, bez ktorého pumpa nefunguje. Pri výbere čerpadla by mali byť smerodajné najmä prevádzkové vlastnosti.
Expanzné nádoby
Vodný okruh je potrebné zavodniť, odvzdušniť a čas od času dolievať kvapalinu (podľa typu okruhu cca raz za štvrť roka) a tiež najlepšie cca raz za rok až dva ju vymeniť (opäť podľa typu okruhu a použitých komponentov a kvapaliny). Expanzné nádoby sa predávajú v rôznych prevedeniach. Najčastejšie predávaným typom sú expanzné nádoby klasického valcového typu. Následne sú tiež populárne expanzné nádoby do 5,25" pozícií, pričom podľa modelu zaberajú maximálne 2x 5,25" pozície. Samozrejme existujú rôzne iné mikro expanzné nádoby, vhodné do špeciálnych projektov.
Obľúbenou značkou expanzných nádob sú expanzné nádoby EK Water Blocks EK-RES vo veľkostiach 100, 150, 250 a 400 mm. Najmenšie sa hodia skôr k okruhom so slabším čerpadlom. Pre silnejšie čerpadlá odporúčame expanznú nádobu s väčšou dĺžkou, s ktorou je zavodňovanie príjemnejšie. Veľkosť 250 mm je univerzálna a hodí sa pre všetky pumpy.
Hadice a fitingy
Výber hadíc je dôležitý krok. Hadice sa vyrábajú v rôznych veľkostiach, od 8/6mm cez 10/8mm, 11/8mm až napríklad po 19/13mm. Prvé číslo určuje vonkajší priemer hadice, druhé číslo určuje vnútorný priemer hadice. Najlacnejším variantom je použitie klasických PVC (polyvinylchlorid) hadíc. Ovšem daňou v tomto prípade za nízku cenu je tvrdosť a teda je celkom problém urobiť v PC skrini oblúky tak, ako je potreba. Oplatí sa teda investovať a kúpiť lepšie hadice (napr. Tygon), ktoré sa krásne tvarujú a zalomia sa až v extrémnych prípadoch. Ich nevýhodou je obstarávacia cena a fakt, že časom strácajú svoju priezračnosť a môžu aj šednúť (pretože sú určené do čistého laboratórneho prostredia). Najlepšími hadicami sú aktuálne modely výrobcu Primochill - Primochill Advanced hadice, prípadne kvalitné EPDM EK Water Blocks EK-Tube ZMT hadice, ktoré neobsahujú tzv. "plastifikátory".
V Európe existujú dve normy fitingov, respektíve závitov. Väčšina kvalitných výrobcov používa 1/4" závity, pretože príliš neobmedzujú prietok vody v okruhu. Existujú tiež polovičné 1/8" závity. Tie používajú skôr ázijskí výrobcovia ako Thermaltake alebo Zalman. Vhodné je použiť typ s prevlečnou maticou.
Chladiaca kvapalina
Súčasťou vodného okruhu je aj samotná kvapalina. Dnes je najlepšie používať už vopred namiešané náplne, ktoré obsahujú okrem špičkovo filtrovanej, resp. destilovanej vody aj všetky potrebné inhibítory na ochranu vodného okruhu pred riasami a koróziou. Tieto náplne sa predávajú s obsahom 1L až 5L. Prevedenia kvapalín sú rôzne - od bežných transparentných a farebných variácií sú v ponuke aj špeciálne nepriehľadné pastelové typy, ako aj špeciálne typy určené výhradne do okruhov určených na prezentáciu a kratší čas. Do niektorých typov predpripravených kvapalín je možné dolievať farebné zložky, tj. farbu, na dosiahnutie požadovanej farby.
Peltierov článok a jeho využitie
Peltierov článok je zariadenie, ktoré dokáže aktívne chladiť jednu stranu a ohrievať druhú na princípe Seebeckovho a Peltierovho javu. Seebeckovým javom sa označuje vznik elektrického prúdu v obvode, ak majú dva rozdielne vodiče zapojené do obvodu rôznu teplotu. Peltier zistil, že tento jav sa dá využiť aj obrátene, teda pri prechode prúdu cez spoje dvoch rôznych kovov vzniká na jednom spoji teplo a na druhom sa odoberá. Na tomto objave bol založený Peltierov článok.
Peltierov článok sa skladá z dvoch teliesok a elektrického mostíka. Polovodiče musia mať špeciálne vlastnosti, hlavne nízky merný odpor a malú tepelnú vodivosť. Ako spojovacie články sa používa meď s malým elektrickým odporom. Zapojením viacerých takýchto článkov vznikne termobatéria. Izolácia sa používa z materiálu s vysokou tepelnou vodivosťou. Jedna strana článku sa ohrieva a druhá ochladzuje. Teplo uvoľnené na horúcej strane peltieru je teplo dodané elektrickým prúdom spolu s teplom odčerpaným z ochladzovanej doštičky. Sú teda zvýšené nároky na chladenie systému. Na ochladzovanej strane je možné získať teplotu nižšiu ako je teplota okolia.
Pri výbere peltieru je dôležitý jeho výkon, ktorý by mal byť prispôsobený výkonu procesoru. Staršie procesory s vyšším Ucc (napr. 1,520V) a tepelným výkonom okolo 100W môžu vyžadovať účinnejšie chladenie, než aké je uvedené v starších špecifikáciách, ktoré nemusia zahŕňať novšie typy procesorov s pokročilejšou technológiou. Príkladom vhodného peltierovho článku je TEC1-12705, s napájaním Umax = 15,4V; Imax = 12A; Qcmax = 113W. K peltieru je vždy priložený graf, ktorý ukazuje závislosť zníženia teploty na chladenej strane (Delta T) od výkonu článku, pričom Th je teplota na horúcej strane. Pri montáži peltieru na CPU sa používa teplovodivá pasta.
Vlastná stavba vodného bloku a systému
Táto časť vychádza z vlastnej SOČ práce Martina Tichova, konzultovanej Ing. Jozefom Kováčikom, ktorá sa týka vodného chladenia a popisuje praktickú konštrukciu a montáž.
Konštrukcia CPU bloku
Základom pre vodný blok na CPU bol medený plát s rozmermi 100x100x10 mm. Do tohto plátu bol vyfrézovaný kanálik v tvare hada, ktorý zabezpečuje efektívny prenos tepla. Veko chladiča je z plexiskla (100x100x10 mm), do ktorého sú vyvŕtané dva otvory pre priechodky. Do týchto otvorov je narezaný závit pre uchytenie priechodiek. Ako materiál pre priechodky bola použitá mosadzná tyčka, z ktorej boli vyrobené trubky s narezaným požadovaným závitom. Veľmi dôležitá je vodotesnosť, preto sú spoje prelepené lepidlom na závity. Celé veko je k chladiču priskrutkované štyrmi skrutkami.
Montáž chladiča na procesor
Pre uchytenie celého vodného chladiča k základnej doske boli z plechu vystrihnuté dva kusy bočných ramien. Tieto ramená sa prichytia do umelohmotnej klietky okolo CPU. Medzi týmito ramenami je umiestnený akotvovací mechanizmus s otvormi, do ktorých je narezaný závit s priemerom 8 mm. Do závitu sa vkladá imbusová skrutka, ktorá bude vytvárať tlak na chladič. Pre lepšie rozloženie tlaku bol pod skrutku umiestnený novodurový valec. Na obrázku je znázornený bočný pohľad na chladiacu sústavu.
Pri použití Peltierovho článku sa na procesore môže objaviť kondenzácia vody, ak sa dosiahne teplota pod rosným bodom. Aby sa predišlo tomuto javu a možným skratom, je oblasť okolo procesora izolovaná neoprénom.
Príklad externého okruhu a testovanie
Pre účely demonštrácie a testovania bol použitý otvorený okruh. Nádoba na odkladanie potravín poslúžila ako expanzná nádoba a rezervoár. Do nej boli osadené trubky, tzv. priechodky. Ako čerpadlo bolo použité miníčerpadlo Micra, ktoré je spínané 12V relé, napájaným z počítača. S čerpadlom je pospájaná akvaristickými hadičkami.
Ako výmenník tepla bol použitý chladič z automobilu (napr. chladič z Lady), na ktorom je pripevnený ventilátor s 2500 ot/min. Tento ventilátor ochladzuje rebrá radiátora, čím sa voda, ktorá odobrala teplo z chladiča a peltieru, vracia ochladená späť do okruhu. Aby sa minimalizovali straty vody odparovaním, bol do voľného priestoru vo fľaši napchatý igelit. Pri používaní PC cca 8 hodín denne sa vie približne 0,5L vody odpariť za 1-2 mesiace.
What is it? Immersion Cooling in 60 seconds
Montáž a sprevádzkovanie vodného chladenia
Pustiť sa do stavby vlastného vodného chladenia vyžaduje veľa odhodlania. Je potrebné kriticky zvážiť svoje schopnosti, dôveru v svoju prácu a dostatok finančných prostriedkov, ale hlavne chuť urobiť niečo extra, čím sa budete líšiť od ostatných. Ak si na to trúfate, môžete začať.
Prvotná montáž a testovanie mimo PC
Najprv nakúpime samotný materiál. Všetko najprv spojíme "nasucho" mimo PC, aby sme predišli možným netesnostiam pri spájaní. Pred naplnením všetko dôkladne skontrolujeme voľným okom. Naplníme sústavu a necháme v nej pár hodín cirkulovať chladiacu kvapalinu. Odporúča sa nechať tento test prebiehať dlhšie, pretože ak bude všetko namontované v PC a začne tiecť voda, s 99% pravdepodobnosťou to poškodí súčiastku, na ktorú sa voda dostane.
Inštalácia do PC a prvé spustenie
Po úspešnom externom testovaní môžeme systém namontovať do PC. Rozoberanie PC a výmena chladičov na CPU a podobné veci sú štandardné postupy. Najprv pripevníme blok na CPU, potom umiestnime fľašu s destilovanou vodou a čerpadlom (napr. na zdroj). Časom je možné namiesto fľaše použiť medenú krabičku s čerpadlom. Molitan pod fľašou zabezpečuje tlmenie vibrácií čerpadla. Odmerame a skrátime hadičky na požadovanú dĺžku a spojíme čerpadlo, CPU blok, výmenník a nádobu.
Pri testovaní v PC odporúčame nechať PC najprv v stave "idle" (v pokoji) asi 2-3 hodiny a potom spustiť záťažový test. Počas tohto testu zistíte, aké teploty budú dosahované. Test by mal prebiehať približne 3-5 hodín. Dlhodobejšie testovanie je vhodné, ak chcete zistiť maximálne možné teploty, najmä kvôli tepelnej zotrvačnosti chladiacej kvapaliny.
Pri chladení pomocou Peltierovho článku, kde je cieľom dosiahnuť veľmi nízke teploty, je extrémne dôležité venovať pozornosť izolácii procesoru a okolitých komponentov. Používa sa neoprén, aby sa zabránilo kondenzácii vody, ktorá by mohla spôsobiť skraty. V okruhu je možné pripojiť aj peltierov článok. Po pripojení je potrebné zapnúť PC, vstúpiť do BIOSu a sledovať teploty v operačnom systéme. Test by mal trvať dostatočne dlho (napr. 4 hodiny) na zistenie najnižšej teploty, ktorú chladič dokáže dosiahnuť pre procesor.
Mýty a fakty o vodnom chladení
Vplyv na teplotu v miestnosti
Často sa mylne predpokladá, že vodné chladenie "netopí" do miestnosti. Skutočnosť je taká, že teplo generované CPU a GPU nakoniec ohreje okolie. Je jedno, či teplo odvediete z bedne vzduchovým alebo vodným chladením; ak počítač generuje napríklad 500W tepla, tých 500W tepla bude rovnako zahrievať miestnosť. Ak by ste nechceli mať teplo z počítača v miestnosti, museli by ste ho odvádzať von, napríklad ventilačnou rúrou ako u digestora.
Experimenty s ponorením výmenníka do akvária alebo nádržky na WC sú síce kreatívne, ale z hľadiska dlhodobej efektivity a praktickosti problematické. Ohrievanie 200 litrov vody 300W trvá desiatky hodín na výrazné zvýšenie teploty. Použitie akvária by navyše mohlo viesť k týraniu zvierat.
Efektivita a hlučnosť
Vodné chladenie ponúka lepšiu efektivitu a nižšiu hlučnosť v porovnaní s tradičným vzduchovým chladením. Voda dokáže rýchlejšie odviesť teplo od procesora, čo umožňuje držať komponenty na nižších teplotách. Avšak, aj pri vodnom chladení sa nevyhnete ventilátorom, ktoré sú potrebné na radiátore pre odvod tepla do vzduchu. Okrem toho sú potrebné ventilátory vo vnútri skrine na chladenie ďalších komponentov, ako sú chipset, disky a M.2 SSD.
Z hľadiska konfigurácie je jeden okruh vodného chladenia pre CPU a GPU výhodnejší ako dva samostatné. Nacpať do bedne dva radiátory, dve pumpy a dva rezervoáre je umenie a vyžaduje minimálne bigtower. V prípade jedného okruhu je rozdiel teplôt vody v najteplejšom a najstudenšom mieste okruhu minimálny (cca 2°C), preto reálne nezáleží na poradí, v akom sú komponenty (CPU/GPU) zapojené v okruhu.
Cenová náročnosť a údržba
Počiatočná investícia do kvalitného vodného chladenia je pomerne vysoká. Je to zároveň obtiažna záležitosť, ktorú by ste si nemali komplikovať zdvojením práce (napríklad dvoma okruhmi). Dva okruhy by znamenali dvojnásobok peňazí, dvakrát toľko súčiastok, ktoré sa môžu pokaziť, a dvojnásobok nastavovania, čo vedie k dvojnásobku problémov. Benefit by sa blížil k nule, pretože voda chladiacimi blokmi preteká rýchlo a nestihne sa v GPU natoľko ohriať.
Výhody a nevýhody vodného chladenia
Výhody
- Efektívnosť: Vodné chladenie účinne odvádza teplo, čo vedie k nižším teplotám komponentov a ponúka obrovský chladiaci potenciál oproti vzduchovému chladeniu. Prináša oveľa lepší výkon pri pretaktovaní komponentov, čo zabraňuje ich zničeniu.
- Tichý chod: V porovnaní s tradičnými vzduchovými chladičmi je vodné chladenie tichšie, čo oceníte, ak nechcete mať PC ako "strojovňu s klapkami na ušiach".
- Estetika: Mnoho nadšencov ocení estetické predpoklady vodného chladenia, najmä pri osvetlených hadiciach a blokoch.
Nevýhody
- Komplexnosť: Montáž vodného chladenia je zložitá a vyžaduje technické zručnosti a veľké odhodlanie.
- Údržba: Systém si vyžaduje pravidelnú údržbu a kontrolu, aby sa predišlo únikom a je potrebné pravidelne dopĺňať a vymieňať kvapalinu.
- Cena: Kvalitné komponenty môžu byť nákladné a počiatočná investícia je pomerne vysoká.