Răcirea carcaselor ATX

Aceasta e o prezentare a conceptelor de bază pentru răcirea carcaselor ATX şi un ghid de alegere şi configurare a lor.

Partea I: Concepte de bază

Există 4 surse majore de căldură în interiorul unei carcase PC: HDD, sursă, CPU şi placa video. Plasamentul acestora este în general acelaşi într-o carcasă paralelipipedică de configuraţie ATX: HDD în faţă jos (uneori în faţă-sus), placa video în spate-jos, CPU uşor central-spate-sus, sursa spate-sus sau spate-jos.

Aceste componente produc şi radiază căldură, pe care o elimină sub formă de aer cald în spaţiul din interiorul carcasei. Aerul cald are tendinţa naturală de a se ridica drept în sus. Aerul cald se poate de asemenea acumula, deoarece vorbim de un spaţiu mai mult sau mai puţin închis.

Răcirea se face în două feluri: prin transfer direct de căldură şi prin flux de aer.

Transferul direct se obţine cu radiatoare metalice, deoarece metalul (datorită structurii cristaline) are un transfer de căldură superior altor genuri de materiale. Odată preluată căldura, este disipată prin suprafaţa expusă la aer. De aceea radiatoarele maximizează această suprafaţă într-un spaţiu restrîns "împăturind" multiple lamele de metal: volum mic dar suprafaţă totală mare. Metalul ales trebuie să fie ieftin, uşor de prelucrat, să aibă un coeficient de transfer termic mare şi să nu se topească din cauza căldurii primite. Cam singurele metale care corespund tuturor acestor criterii sînt aluminiul şi cuprul.

O invenţie relativ recentă în domeniul transferului direct o reprezintă "heatpipes", adică ţevi umplute cu lichid care crează în interior un ciclu de evaporare-condensare care sporeşte mult eficienţa transferului.

Răcirea cu flux de aer are două componente. Una este eliminarea aerului cald acumulat în carcasă. Alta este răcirea unui obiect prin frecarea unui curent de aer (preferabil rece) de el în mod constant. Fluxurile de aer sînt create de ventilatoare plasate pe pereţii carcasei, care pot sufla aer în interior sau îl pot elimina. Se mai pot plasa ventilatoare şi în interior, de obicei pe radiatoare, pentru a îndepărta mai eficient căldura eliminată de ele.

Ventilatoarele vin în diverse mărimi. Cele de uz larg sînt relativ standardizate: cel mai des întîlnite sînt mărimile 80mm, 92mm şi 120mm. Au început să fie folosite şi cele de 140mm şi 200mm, iar pe anumite componente (cum ar fi un radiator de chipset de placă de bază sau placă video) se plasează ocazional ventilatoare mai mici (50-75mm). Cu cît un ventilator este mai mare cu atît va putea deplasa o cantitate mai mare de aer cu zgomot mai mic (trebuie luat în considerare şi acest aspect, al silenţiozităţii).

Astea sînt aşadar datele problemei. Avem o incintă dreptunghiulară, cu patru surse de căldură plasate în anumite poziţii. Trebuie să facilităm transferul de căldură direct pentru cel puţin două dintre ele (procesor şi placa video, ale căror circuite se încing extraordinar de tare), deci avem nevoie de radiatoare în contact cu pastilele procesoarelor. Trebuie să eliminăm aerul cald. Şi trebuie să aplicăm, dacă se poate, fluxuri de aer rece care să răcească prin convecţie toate acestea. Şi trebuie s-o facem cît mai eficient, cu cît mai puţine ventilatoare şi cît mai judicios plasate.

Mai merită menţionat un concept util, şi anume compartimentarea termică. Asta înseamnă izolarea anumitor componente producătoare de căldură (de fapt a căldurii produse de ele) la anumite zone. În felul ăsta devine mai simplu de stabilit un flux de aer şi se lucrează cu mai puţină căldură. Compartimentarea poate fi fizică (incinte separate cu pereţi) sau zonală (un flux de aer care nu se amestecă cu altul).

Partea II: hardul

HDD-urile sînt cutii metalice de dimensiuni reduse, care radiază căldura prin suprafaţa superioară. Există soluţii de răcire prin transfer direct (radiatoare), dar cel mai simplu şi eficient este să plasăm hardul (sau hardurile) în bătaia directă a unui ventilator de admisie. De obicei carcasele oferă o aşa numită "cuşcă" special plasată şi dotată în partea de faţă-jos pentru montarea de 2-5 harduri în imediata vecinătate a 1-2 ventilatoare de admisie. Cuşca constă în doi pereţi verticali între care hardurile sînt fixate ca treptele unei scări.

Atenţie însă la modul de amplasare al acestei cuşti; există două variante: una în care pereţii şi hardurile sînt longitudinale pe fluxul ventilatoarelor, şi una în care sînt transversale. Mulţi producători de carcase preferă varianta transversală, pe care o justifică spunînd că facilitează accesul la montarea-demontarea hardurilor şi la firele de alimentare şi transfer. Însă această relativă comoditate (spun relativă deoarece în definitiv [de]montare se face foarte rar) este scump plătită prin sacrificarea fluxului de aer, obligat să se strecoare prin perforaţiile pereţilor laterali de fixare. În mod evident, acest flux va fi mult mai puţin eficient decît unul care circulă liber longitudinal şi care are contact direct neîntrerupt de nimic cu hardurile.

Paranteză: există producători care au imaginat soluţii ergonomic hibride la problema [de]montării vizavi de flux. Un exemplu sunt carcasele Antec NSK6500/NSK6580/P183/miniP180, unde cuşca este longitudinală dar culisează lateral.

Datorită înălţimii cuştii hardurilor, este preferabil să existe nu doar unul ci două ventilatoare în dreptul ei. De obicei se preferă ventilatoare de 92mm sau 120mm. Acestea pot răci pînă la 5 harduri, iar fluxul de aer, odată trecut de ele, poate fi folosit în alte moduri. Despre asta mai tîrziu.

Partea III: Sursa

Sursa de alimentare este o incintă metalică ce conţine o serie de componente care prin natura muncii pe care o fac (transformări de curent electric) se încing destul de mult. O sursă va conţine neapărat şi un ventilator destinat răcirii acestor componente.

Există două variante majore de ventilaţie, date de forma sursei, care este aproximativ pătrată pe latura de sus şi jos şi mai scundă pe "grosime". În aceşti pereţi se poate monta fie un ventilator mai mare (de 120 sau 140mm) în peretele de sus sau jos, fie unul de 80mm în cel mai mic din faţă sau spate. Ventilatorul mare este invariabil pus să tragă aer, care va fi eliminat printr-un grilaj plasat la spate, la exteriorul carcasei, în peretele cu cablul principal de alimentare. Cînd se foloseşte un ventilator de 80mm este plasat fie în peretele de la exterior (cel cu cablul) şi elimină aerul din sursă; fie, mai rar, în peretele opus, din interior. Există şi surse care folosesc două ventilatoare de 80mm, plasate în ambii pereţi opuşi.

De obicei, în sursele de calitate, turaţia ventilatorului este controlată de sursa însăşi, care analizează căldura din incintă şi decide cît de tare este necesar să se învîrtească acesta.

Este interesant să observăm că, prin natura construcţiei, o sursă este deja un compartiment termic aproape complet izolat. Se poate face uz de acest lucru foarte simplu. De obicei sursa este plasată în colţul din spate al carcasei, fie jos fie sus. Dacă sursa are un ventilator mare (plasat deci pe "burtă") iar carcasa prezintă în peretele de jos sau de sus un grilaj de admisie, se poate lipi sursa cu ventilatorul de grilaj. Acesta va trage deci aer rece direct din afara carcasei şi-l va elimina imediat, fără a avea decît contact minim cu interiorul carcasei.

De obicei se preferă acest aranjament în zona de jos a carcasei, deoarece în partea de sus plasarea ventilatorului în sus ar facilita intrarea în cantităţi mari a prafului. Cînd se preferă totuşi acest amplasament (ca în Nexus Clodius) este absolut necesar şi un filtru de praf. Însă nu vă faceţi iluzii: amplasarea sursei în acest fel în peretele de jos este de asemenea predispusă la acumularea de praf, în special dacă carcasa este plasată la podea, unde se acumulează cantităţi enorme de praf în mod natural.

Există şi variaţii pe această temă. O variaţie interesantă este o carcasă cu sursa plasată jos dar fără grilaj de admisie (ex. Antec Three Hundred). La prima vedere poate părea o idee proastă: de ce să nu faci uz de compartimentare dacă poţi? Să remarcăm însă că, în primul rînd, faptul că ventilatorul nu mai trage direct din exterior înseamnă că nu vom mai avea problema prafului. În al doilea rînd, partea de jos a carcasei oricum conţine aer mai rece decît partea de sus (aerul cald se ridică) deci sursa poate fi răcită decent chiar şi fără admisie direct din exterior. În al treilea rînd, dacă sursă este răcită longitudinal (cu ventilator de 80mm plasat pe lung) poate beneficia în mod direct de fluxul venit la cuşca hardurilor.

Sursele cu ventilator de 80mm şi flux longitudinal sînt o idee interesantă. Deşi ventilatorul este mai mic şi deci are debit mai mic şi teoretic ar trebui să lucreze mai tare pentru a obţine aceleaşi efecte ca unul de 120/140, aceste surse fac deseori posibilă o amplasare mai eficientă decît suratele lor cu ventilator mare pe burtă. Am dat mai sus un exemplu. Altul este amplasarea unei asemena surse într-un compartiment termic (cum ar fi cel de pe Antec NSK3480) unde sursa poate crea un flux de aer care o va răci în mod decent şi pe ea şi un HDD plasat în acelaşi compartiment, rezolvînd astfel problema a doi producători de căldură dintr-un foc.

Partea IV: Placa video

Plăcile video dedicate constau în general dintr-o placă cu circuite integrate plasată perpendicular pe placa de bază în partea de mijloc-jos a carcasei, aşadar o placă amplasată orizontal cînd privim carcasa din lateral. O caracteristică importantă este faptul că elementele producătoare de căldură se află pe latura de jos a plăcii, ceea ce pune probleme importante: aerul cald eliminat tinde să rămînă captiv în zona de sub placă, deoarece spaţiul pentru a avansa mai sus este redus. Se poate crea astfel o pungă de aer cald ce poate afecta negativ şi alte componente din zonă (plăci PCI, harduri, sursă).

Orice placă video în ziua de azi posedă cel puţin un radiator care asigură transferul termic de la GPU şi eventual de la chip-urile de memorie în aerul înconjurător. Însă, cum am spus mai sus, acest lucru nu este suficient: trebuie să scăpăm de acest aer.

Una dintre cele mai simple metode este amplasarea unui ventilator şi a unui sistem de dirijare (incintă de plastic) peste radiator, care va face uz de un slot PCI de la spatele carcasei pentru a elimina cît mai direct aerul cald produs.

Însă nu toate plăcile posedă un asemena sistem. Ba chiar, unele soluţii de răcire avansată (cum ar fi radiatorul Accelero S1 rev2), chiar şi cu ventilatoare plasate direct pe el, nu au nicio metodă de dirijare a aerului. Ventilatoarele plasate pe radiator facilitează îndepărtarea aerului cald de acesta, dar în condiţiile înghesuite de sub burta plăcii video ele nu contribuie la dirijarea lui mai departe.

Din nou, fluxul de la harduri ne poate ajuta. Se amplasează placa video în linie directă cu fluxul de la un ventilator al cuştii hardurilor şi se deschide un slot PCI la spate pentru eliminare. Este o metodă atît de eficientă, deşi simplistă, încît se pot răci pasiv unele plăci video în acest fel. Este metoda pe care o folosesc în PC-ul meu, unde un ventilator de 92mm în partea de faţă-jos a carcasei suflă aer direct pe un radiator pasiv (Zerotherm GX810) care apoi este eliminat printr-un slot PCI deschis în acest scop.

Evident, metoda această semi-pasivă este adecvată doar plăcilor video de putere mai mică. Pentru cele de putere mai mare rămîn necesare un ventilator plasat direct pe radiator şi eventual o metodă de dirijare direct spre exterior.

Partea V: Procesorul

De foarte multă vreme procesoarele nu mai pot funcţiona fără prezenţa unui radiator. Iar puterea lor şi căldura disipată a făcut de multă vreme dificilă funcţionarea în mod pasiv (fără ventilator), adică să se bazeze doar pe transferul direct de căldură. Radiatoarele procesoarelor moderne au nevoie de ventilaţie şi asta înseamnă cel puţin un ventilator plasat direct pe radiator.

Există două moduri de a face acest lucru: ventilaţie top-down, unde radiatorul este scund şi lat iar ventilatorul e culcat peste procesor şi suflă în jos spre placa de bază; respectiv ventilaţie laterală, unde radiatorul este înalt (aşa numitele "tower") iar ventilatorul este plasat pe lateralul său. Uneori ventilatorul unui tower este plasat pe latura dinspre faţa carcasei şi suflă spre spate prin radiator; alteori este plasat pe latura dintre spate şi trage aer prin radiator; uneori se folosesc două ventilatoare care lucrează în tandem.

Radiatoarele tower sînt mai eficiente; în schimb cele top-down au nişte caracteristici care le face foarte interesante. Una ar fi faptul că fluxul de aer produs de ventilatorul de pe ele răceşte inclusiv componente din imediata vecinătate, cum ar fi sloturile de RAM. Alta este că pot beneficia de aportul unei conducte de admisie: un burlan extensibil care se montează în panoul lateral al carcasei şi se întinde pînă imediat deasupra ventilatorului, facilitînd aducerea de aer rece direct din exterior. Un cooler tower, în schimb, nu prea are decît rar ocazia de a beneficia de un flux direct de aer rece. Excepţie fac anume carcase, în general mini-tower, precum Antec NSK3480, unde înălţimea redusă a carcasei plasează coolerul CPU în bătaia directă a unuia dintre ventilatoarele de admisie din faţa carcasei.

Ventilatorul de pe radiatorul CPU are deseori rezervat un conector PWM pe placa de bază, prin care îi poate fi variată turaţia în anumiţi parametri în funcţie de temperatura şi solicitarea procesorului.

Partea VI: Fluxul de aer

Asiguraţi întotdeauna eliminarea eficientă a aerului în partea de spate-sus a carcasei. Este un lucru foarte necesar şi merită să aveţi cel puţin un ventilator, cît mai mare posibil, în acel colţ.

Majoritatea carcaselor oferă posibilitatea montării unui ventilator de 120mm pe spate sus. Însă fiţi atenţi: foarte des, carcasele ieftine nu includ niciun ventilator şi cumpărătorii fără experienţă neglijează să-l cumpere separat şi să-l monteze. Acest lucru înseamnă că aerul cald acumulat în carcasă nu are altă opţiune decît să fie eliminat prin sursă, profitînd de faptul că de obicei e vorba de o sursă cu ventilator mare pe burtă, plasată sus. Este o idee teribil de proastă, care va afecta negativ şi sursa şi restul componentelor.

De asemenea, carcasele ieftine nu oferă decît loc pentru ventilatoare de 92mm sau 80mm. Sînt însă mai bune decît nimic; achiziţionaţi un asemenea ventilator şi folosiţi-l; preferabil de 92 dacă se poate.

Există carcase care dedică întregul colţ superior eliminării aerului, folosind pe lîngă ventilator de 120 de la spate un ventilator de 140 sau chiar de 200 în tavan.

Se practică de asemenea oferirea de grilaje de eliminare în tavan sau chiar sloturi de montare de ventilatoare pe tot tavanul. Unele carcase ajung pînă la a oferi 3 ventilatoare în tavan. Aceste variante trebuie însă tratate circumspect. Gîndiţi-vă mereu la amplasarea surselor de căldură şi la modul în care pot beneficia ele de aceste grilaje sau ventilatoare. În general acumularea de aer cald se concentrează pe spate-sus şi ventilatoarele suplimentare (cum ar fi al 2-lea sau al 3-lea de pe tavan spre faţă) sînt în general inutile.

Se practică uneori şi oferirea unui slot de ventilator în podea, imediat după cuşca hardurilor. Acesta este de asemenea un loc care merită privit cu circumspecţie. Aerul rece obţinut în acest fel este de uz limitat; sloturile RAM sau coolerul tower poate beneficia mai degrabă de un flux direct obţinut de la un ventilator frontal, nu de la cel indirect venit din podea; iar fluxul celui din podea poate interfera negativ cu fluxurile celor frontale.

Altă idee dubioasă sînt cuştile transversale de harduri cu grilaj şi eventual ventilator plasate în pereţii laterali ai carcasei, în dreptul lor. Deşi e o soluţie pentru răcirea hardurilor, răpeşte carcasei posibilitatea de a folosi fluxul ventilatoarelor frontale. Cuştile longitudinale sînt mult mai eficiente.

Un concept foarte important este echivalarea debitului de intrare cu cel de ieşire. Există site-uri de review-uri pentru ventilatoare care vă oferă debitele măsurate atent ale anumitor mărci şi modele la diverse voltaje, pentru a le putea folosi judicios. Dar puteţi face un calcul aproximativ în funcţie de diametrul ventilatoarelor folosite. Două de 92 au debit în general uşor mai mare decît al unuia de 120; două de 120 puteţi presupune că au debit relativ egal; şi nu puneţi niciodată la socoteală ventilatorul sursei, lăsaţi-l să-şi facă singur treaba, izolat de rest!

O carcasă în care avem două ventilatoare de 120 care introduc aer şi doar unul care scoate va avea efecte negative. Vom avea aer care se acumulează în interior şi nu poate fi eliminat eficient, aer care în general va fi cald. Este oricînd preferabil să avem mai multe ventilatoare care elimină aer decît care introduc.

O altă greşeală frecventă a producătorilor este includerea unui singur ventilator, care însă e plasat pe faţă în loc de spate! Este preferabil ca unicul ventilator să lucreze la eliminare, nu la admisie.

O ultimă menţiune foarte importantă: deschiderile la exterior. La prima vedere, poate părea util să avem cît mai multe asemenea deschideri. În definitiv, ajută la eliminarea aerului cald, nu? Unii utilizatori duc această idee la extrem şi elimină panoul lateral, expunînd complet interiorul carcasei. Greşeala constă însă în faptul că răcirea prin eliminare liberă este mult mai puţin eficientă decît cea prin flux de aer dirijat; iar un flux de aer dirijat eficient se obţine doar într-o incintă cît mai complet închisă, în care singurele deschideri sînt atent controlate şi în general sînt doar cele pentru ventilatoare.

Partea VII: Carcase care răcesc bine

Aplicaţi cele de mai sus în examinarea oricărei carcase pe care vreţi s-o achiziţionaţi:

* Atenţie la greşelile producătorilor: niciun ventilator inclus, sau un ventilator inclus dar montat frontal în loc de spate.

* Urmăriţi să aibă un ventilator de 120mm pe spate. Dacă nu are de 120 este bun şi unul de 92, dar este preferabil totuşi să nu coborîţi la 80 şi să luaţi dacă se poate una cu 120.

* Urmăriţi să aibă cuşca hardurilor longitudinală şi cel puţin unul (preferabil două) ventilatoare pe faţă. Acestea pot fi de 92 fără probleme. Atenţie la echivalarea debitului intrare-ieşire!

* Urmăriţi atent amplasarea sursei şi gîndiţi-vă ce tip de ventilator (longitudinal de 80 sau pe burtă de 120) va avea şi cum ar putea fi izolată sau cum ar putea beneficia de fluxuri. Nu neglijaţi avantajele surselor cu ventilator longitudinal.

* O sursă plasată jos înseamnă că placa de bază va fi mutată mai sus. Atenţie la ventilatoarele frontale în acest caz; dacă aveţi doar unul va fi în dreptul sursei (care deseori este cu ventilator pe burtă, deci izolată şi fluxul ventilatorului frontal e complet irosit pe ea) şi nu va contribui nimeni la placa video sau procesor.

* Feriţi-vă de excesiv de multe locuri pentru ventilatoare, în special de cele din podea sau cele redundante (al 2-lea sau al 3-lea) din tavan.

* Dacă aveţi cooler top-down, alegeţi o carcasă cu posibilitatea de a monta un burlan de admisie în panoul lateral. Dacă aveţi cooler cu răcire laterală, urmăriţi amplasamentul unui ventilator frontal în dreptul lui.

* Ventilatoarele mari (140mm, 200mm) în spate-sus sînt cele mai eficiente pentru eliminarea aerului, însă se pot găsi greu înlocuitori şi facilitează admisia prafului cînd nu lucrează.

* Nu neglijaţi calitatea ventilatoarelor şi a radiatoarelor. Informaţi-vă pe site-uri de specialitate cu privire la eficienţa şi fiabilitatea lor. Preferaţi cînd e posibil ventilatoare un pic mai scumpe dar de calitate (Nexus, Scythe, Noctua).

Cîteva exemple de carcase:

* Să zicem că aţi cumpărat o carcasă foarte ieftină, Delux, Foxconn, Asus etc. Nu disperaţi. Se poate monta un ventilator în spate sus, de 120mm, uneori doar de 92mm, care va asigura un minim necesar de eliminare. Nu este ideal dar este ok. În plus, în mod ironic, preţul mic face ca producătorii să nu facă greşeala celor care produc carcase mai scumpe, de a realiza cuşti transversale pentru harduri. Ceea ce înseamnă că deseori veţi putea avea posibilitatea de a monta un ventilator frontal care să vă fie de un real folos.

* Carcase decente şi fără pretenţii sînt Cooler Master Elite. Au ventilator de 120mm pentru eliminare, cuşcă longitudinală a hardurilor şi ventilator de 120mm pentru admisie pe faţă. Dacă doriţi al doilea ventilator frontal vedeţi Antec VSK2000 (dar atenţie la echivalarea debitului; va trebui să le subturaţi cel mai probabil; ventilatoarele Antec TriCool sînt bune în acest scop, deoarece au încorporat potenţiometru cu trei poziţii). Alternative decente: Floston Topsider, Xigmatek Asgard (dar atenţie că vine cu ventilatorul pus în faţă).

* Deja de la 200 de lei în sus putem să ne uităm la nişte alternative cu adevărat interesante, carcase special gîndite pentru răcire. Un exemplu sînt seria Hundred de la Antec, începînd cu Two Hundred şi Three Hundred (Three fiind o carcasă de referinţă în domeniu). Au sursa plasată jos dar fără grilaj de admisie (revedeţi mai sus avantajele), două ventilatoare frontale şi două pe spate-sus, unul de 120 şi unul de 140. O configuraţie simplă dar extrem de eficientă.

* Nexus Clodius este de asemenea foarte interesantă. Include ventilatoare de calitate (Nexus) şi controller de turaţie; are un amplasament judicios; filtre de praf multiple; iar sursa, deşi plasată sus, poate face uz de un grilaj de admisie cu filtru de praf în tavan. Prezintă de asemenea un loc special gîndit în sloturile PCI pentru eliminare, fiind inclusiv posibilă montarea unui ventilator acolo.

* Antec NSK3480 prezintă posibilităti interesante de răcire şi de asemenea NSK4000/4480 are şi ea unele posibilitati ceva mai reduse şi mai orientate spre "do it yourself".

* Alte carcase nu mai merită menţionate în mod deosebit pînă la 300 de lei, unde găsim Antec miniP180. Este o carcasă miniATX deosebită datorită calităţii finisajului, soluţiei de eliminare cu 120+200, compartimentării termice fizice, admisiei cu 2x120 şi cuştilor HDD longitudinale culisabile.

* Peste 300 de lei se remarcă carcasele Antec din seria Hundred, care continuă cu elemente comune, adică ventilator masiv în partea superioară, sursă plasată jos dar fără admisie prin podea şi 2x120 pe faţă. De asemenea NZXT Hades.

* În fine, Antec P183, care este varianta superioară a lui miniP180.

Tutorial scris de wirespot pe forumul My Garage