Att installera vattenkylning för en processor

Först måste du fundera på om du behöver vattenkylning över huvud taget. För de flesta datoranvändare är en kylfläns och fläkt fullt tillräckliga för att hålla din processor tillräckligt sval. Tänker du däremot överklocka din dator kommer vattenkylning att vara nödvändigt.

Du måste också fundera på om det finns plats i chassit, utan att slangarna böjs för snävt, vilket kan hindra vattenflödet och därmed systemets effektivitet. Mät och planera ut ditt vattenkylsystem i förväg för att undvika sådana enkla men frustrerande problem. Ta sedan ut alla komponenterna ur chassit så att du har plats att jobba.

Montera processorblocket på samma sätt som du skulle göra med en kylfläns för luftkylning, genom att först applicera lämplig mängd kylpasta (inte så mycket att det flyter ut runt kanten när blocket fästs, men tillräckligt för att täcka hela kontaktytan i ett tunt lager) och därefter fästa processorblocket som måste vara kompatibelt med sockeln. Det kan finnas en skyddande plastfilm på processorblocket, så glöm inte att ta bort denna innan installation.

Om du köper ett kit med en reservoar kan du behöva installera pumpen inuti denna om detta inte är gjort i förväg. Följ instruktionerna som medföljer kittet för att göra detta korrekt. Montera sedan reservoaren på dess fäste, som kan dubbla som kylfläns hos vissa tillverkare.

Skölj ur din nya radiator för att försäkra dig om att den är ren och fri från partiklar ifrån tillverkningen. Du kan installera en eller flera, beroende på hur effektiv kylning som kommer krävas av din maskin. Fläktarna kan fästas inuti eller utanpå chassit beroende på modell.

Installera sedan alla datorkomponenterna igen. Fäst eller placera vattenreservoaren på lämplig plats och kontrollera att alla anslutningar är åtdragna och täta innan du installerar vattenslangarna. Låt gärna slangarna vara lite längre än först beräknat eftersom det är lättare att kapa av från en slang som är för lång än att behöva en helt ny lång bit. Fäst slangarnas anslutningar noggrant. Försäkra dig om vilka kopplingar som är inlopp och utlopp och anslut sedan slangarna mellan delarna som ska kylas, radiatorn och reservoaren/pumpen.

Tjuvkoppling av nätaggregatet kan vara nödvändigt för att fylla och testa kylsystemet. Du kan tjuvkoppla nätaggregatet med bara ett gem eller en bit av en kabel som är avskalad i båda ändarna. Se till att nätaggregatets strömsladd INTE är ansluten innan du börjar. Du måste ansluta nätaggregatets vanligtvis gröna (eller om de inte är färgkodade, kabel nummer 14 på en 20-stiftskontakt eller 16 på en 24-stiftskontakt) “Power on”-sladd till en av grundkontakterna. Tydligare instruktioner finns via länken. Därefter kan du ansluta strömmen och slå på nätaggregatet. Då ska det starta och du kan köra enstaka komponenter såsom kylsystemet.

När nivån i reservoaren minskar, fyll på tills den slutar sjunka då detta innebär att systemet är fyllt. Låt det hela cirkulera i minst ett dygn för att kunna upptäcka eventuella läckage innan de andra datordelarna monteras. Lägg gärna papper i botten av datorn för att spåra mindre läckor. När testkörningen är klar är du redo att använda din dator som vanligt!

Förbyggt eller hemmabyggt vattenkylningssystem?

Många tillverkare av processorer, grafikkort och andra viktiga datordelar tillverkar också färdigbyggda vattenkylningssystem för dessa komponenter. Det finns också företag som är särskilt inriktade på att skapa tillbehör såsom kylsystem snarare än egna datorkomponenter som tillhandahåller färdigbyggda system. Är det värt investeringen att skaffa ett färdigbyggt eller bygga ditt eget vattenkylningssystem från ett kit eller kanske separata delar?

Mestadels handlar det om hur mycket arbete du vill lägga ner på projektet och hur mycket kustomisering du vill göra, men färdigbyggda processorkylare är vanligtvis något billigare. De färdigbyggda systemen handlar mestadels om processorkylning och har mycket lite möjlighet till självuttryck, om man inte räknar med deras frekvent närvarande RGB-funktioner. Om du bygger ihop ditt eget system har du friheten att välja att även kyla andra komponenter såsom grafikkortet genom samma kylningskrets, och även vilken färg du vill ha på kylvattnet. Monteringen av ett färdigt system är mycket enklare och kräver i stort sett samma kompetens som att installera ett luftkylningssystem, medan ett kit eller separata delar kräver mer arbete. Ett kit inkluderar ofta redan en radiator och reservoar, medan redan slutna system inte ger utrymme för lika mycket vatten att cirkulera.

Det beror alltså på vilken kylkapacitet din dator kräver, hur mycket frihet du vill ha med layouten och din motivation till bygget.

Vad innebär vattenkylning?

Varför kylning?

Många saker i världen behöver kylas av olika anledningar. Ibland har material och ämnen egenskaper som fungerar bäst i vissa temperaturintervaller, och därför krävs kylning av materialet för att få optimala resultat. Det kan vara kylning av ångan i ett kraftverk genom en värmeväxlare eller elektronisk utrustning som kyls med flänsar och fläktar. Luftkylning är i sig vanligt, men mycket mindre effektivt än vattenkylning. Om exempelvis datorutrustning inte har tillräcklig kylning för sin kapacitet kan det skada komponenterna och göra dem oanvändbara, därför är kylningen en viktig del av att planera exempelvis ett datorbygge.

Vatten

Vatten är både grundläggande för allt liv och har intressanta fysikaliska egenskaper. Vätskan har som högst densitet vid 4 grader Celsius och temperaturer både under och över detta har lägre täthet. De flesta känner till att vatten kokar vid 100 grader Celsius under normala tryckförhållanden, men färre känner till hur hög värmekapacitet vatten har. Värmekapacitet innebär hur mycket ett ämne måste hettas upp för att ändra fas, alltså gå från vätska till gas, solid till flytande eller tvärtom. Dess höga värmekapacitet innebär att det krävs mycket energi för att värma upp vatten, vilket i sin tur innebär att det blir ett mycket effektivt kylmedel då det tar värme från ett annat material och denna kan ledas bort genom cirkulation och värmeväxling. Detta är hela den grundläggande filosofin bakom vattenkylning.

Värmeväxlare

Eftersom vi befinner oss i en atmosfär som består av de olika gaserna som utgör luft finns det utmaningar med vattenkylning. Vattnet måste ledas mot en kontaktyta som effektivt överför värmeenergin till vattnet som cirkuleras i slangar, men för att kylningen ska fungera optimalt måste vattnet också kunna göra sig av med denna energi. Detta sker vanligtvis till den omgivande luften. Kontaktytan som värmen leds bort ifrån är mycket mindre än den där vattnet kyls ner igen, vilket sker genom luftcirkulation. Detta är också basen till hur ett kylskåp fungerar, men i dem används olika gaser istället för vatten, eftersom tryckförändringar av en gas skapar temperaturförändringar och därför kan “skapa” kyla. En komponent som är vattenkyld blir aldrig svalare än den omgivande luften för vattnets värmeväxlare.

Termisk konduktivitet

Ett materials förmåga att jämna ut temperatur kallas bland annat för termisk konduktivitet. Vakuum har en mycket dålig termisk konduktivitet, och är alltså isolerande, medan silver har mycket bra både elektrisk och termisk konduktivitet. Denna egenskap är en nyckelfaktor för effektiv kylning, eftersom det möjliggör ledning av värmeenergi från ett material till ett annat. Till exempel är ett datachip tillverkat av kisel inte särskilt bra på att leda bort värmeenergi, men med silverpasta som ett lager mellan chippet och exempelvis en kylfläns av metall kan värmeenergin som chippet genererar snabbt ledas till kylflänsen och det resterande kylsystemet och man kan därmed undvika skador på elektroniken.

Vattenkylare

En vattenkylare fungerar genom att ha ett slutet system av slangar där vatten cirkulerar och för bort överskottsvärme. Materialvalen är mycket viktiga, då det ofta handlar om att kyla elektronik, som man definitivt inte vill utsätta för potentiella vätskeläckage. Även kombinationen av vilka material som är värmeledande och vilka som är isolerande är viktigt. Några system har också vattenreservoarer medan andra inte har detta, det varierar mellan olika tillverkare och modeller av vattenkylningssystem.

Processor

En processor består av en kombination av halvledare såsom kisel och elektriskt högkonduktiva metaller och är det datorchip som utför majoriteten av alla beräkningar som en dator kräver för att fungera. Den är därför den datorkomponent som blir varmast och därmed också behöver effektivast kylning. En processors temperatur behöver hållas inom ett visst intervall för optimal funktion och därför är det bäst om kylsystemet har en funktion för att känna av komponentens temperatur så att det automatiskt kan justera fläkt- och pumphastigheterna. Det finns också komponenter för vattenkylning av grafikkort.

Kontakten med processorn

Första fasen av vattenkylning av en dator är att överföra värmeenergin från processorn till vattnet i kylsystemet. Detta görs genom att först applicera kylpasta för att skapa tät kontakt mellan processorn och den kontaktplatta som är fäst till kylsystemets slangar. Denna platta består av metall, ofta koppar eftersom denna är en relativt billig metall med hög värmekonduktivitet, som är i direkt kontakt med vattnet inuti kylsystemet och därigenom överför värmen från processorn till vattnet.

Kylfläktarnas roll

Nästa steg är att cirkulera vattnet och leda det genom ytterligare en värmeväxlare så att värmeenergin kan överföras till kringluften. Detta sker ofta genom tunna slangar, eller en radiator, monterade på baksidan av en serie fläktar. Slangens skillnad i tjocklek mellan när den går mellan processorn och fläktarna där vattnet kyls gör så att mer “yta” exponeras för luftströmmen som fläktarna skapar och därför kyls någorlunda effektivt (för att vara luftkylning). Materialet som de tunnare slangarna består av bör också vara effektivt värmeledande för att optimera kylningseffekten.

Reservoar eller ej

Det kylda vattnet kan sedan antingen ledas till en reservoar eller cirkuleras tillbaka direkt till processorn, beroende på systemets design. En reservoar kan hjälpa till att reducera mängden luft i kylsystemet när det installeras och utgör också lite av en buffert då det finns mer kylt vatten tillgängligt vid värmespikar i systemet som kan ske vid högintensiva processer. Färdigmonterade vattenkylningssystem saknar ofta reservoar eftersom de redan i fabriken kan göras helt luftfria.

Kylpasta

En viktig komponent som är lätt att förbise om man aldrig har monterat ett kylsystem tidigare är kylpasta. Om man missar denna detalj kan en processor överhettas även om den används som vanligt och inte är överklockad. Kylpasta bildar ett värmeledande lager mellan processorn och kylelementet på molekylär nivå, så att överföringen blir många gånger effektivare än om kontaktytan bestod av en ojämn variation av lager av luft och direktkontakt. Det är alltså ett mycket viktigt steg i processormontering.

Kylpasta kan ha olika baser såsom silikon, olja av något slag eller polymerer, och många tillverkare är något hemlighetsfulla med sina sammansättningar och ger bara vaga beskrivningar av dessa. Det finns också i en bred variation av konsistenser, från tjock pasta till lättflytande. Prisklassen kan någorlunda påvisa kvaliteten på kylpastan.

I bästa fall anges ett värde för dess kapacitet, vilket visas som W/mK, och ju högre värde desto bättre värmeledningsförmåga. Det högsta värdet som observerades vid informationsinsamlingen till denna artikel var 11 W/mK och den minsta angivna var 0,9, men den högsta kapaciteten krävs bara för högintensivt användande av högkapacitetssystem. För de flesta räcker det med en kylpasta i medelprisklassen.

Den viktigaste ingrediensen är ämnet som leder värmeenergin. Detta är ofta en metalloxid, men kan också vara så simpelt som kol. I flera kylpastor anges zinkoxid som huvudingrediens medan andra anger silver och det finns också en med nanodiamantpartiklar. Det är inte ovanligt med nanopartiklar eller olika materialmatriser som ska leda värmeenergin. Vad som verkar allra mest effektivt är partiklar av kol och diamant (eftersom dessa är samma sak på atomnivå) och pastor baserade på detta är inte drastiskt mycket dyrare än andra.

Fläktar

Kylfläktar är grunden till nästan all kylning, dessvärre även vattenkylning. Detta eftersom även kylvattenslingan måste kylas med någon slags värmeväxling och luftcirkulation helt enkelt är den enklaste metoden för detta. Luftkylning är mindre effektivt än vattenkylning eftersom luft har mycket sämre värmeledningsförmåga än vatten, delvis eftersom det är en gas och delvis för att vatten har mycket hög värmekapacitet och därför kan absorbera mycket värmeenergi.

En fläkt är utformad med ett flertal blad som är lätt böjda, runt en central axel. Bladen har denna form för att skapa en tryckskillnad mellan översidan och undersidan, vilket orsakar luftrörelse kring och igenom fläkten. Den ökade luftrörelsen gör att mer värmeenergi kan ledas bort. En fläkt är dock begränsad i sin effekt om den inte kombineras med en kylfläns, ett block av något värmeledande material med en mängd kammar ovanpå. Dessa upphöjningar ökar kylflänsens yta som kan exponeras för den cirkulerande luften och därför leda bort värmen från ett annat objekt. Samma princip gäller för en radiator för vattenkylning.

Fläktar kan ha många olika extrafinesser såsom temperaturmätare som ökar deras rotationshastighet och därmed kylningseffekt. Detta kan lätt observeras i datorer som har varit igång en stund och börjar bli mycket varma, om datormodellen och fläkten har denna systemskyddande funktion.

Att kyla en processor

Processorn är en grundläggande komponent i nästan all elektronik eftersom den utför de mest komplicerade och viktigaste uträkningarna. En processor består av halvledare, vanligtvis kisel, i kombination med högkonduktiva metaller som tillsammans ger kapaciteten för de nödvändiga algoritmerna genom att elektroner hoppar mellan olika energilägen inuti kiselkristallerna. Denna process kräver mycket energi, och liksom vid alla energiöverföringar kommer del av energiflödet att orsaka viss värmeutsöndring eftersom detta är i stort sett oundvikligt.

På grund av att kisel inte är någon särskilt bra värmeledare stannar värmeenergin kvar i chippet och kan skadas av detta, om inte denna leds bort på något sätt. Ju starkare processor desto mer energi används i dess uträkningar och därmed utsöndrar de också mer värme. Detta är anledningen till att vattenkylning kan vara en bra idé för högkapacitetssystem i superdatorer eller gamingriggar.

Processorns temperatur ska absolut inte överstiga 110 grader Celsius eftersom systemet då lätt tar skada, bör inte vara högre än 100 grader vid intensiv användning, och ska helst hållas kring 70 grader rent generellt.

För att effektivt leda bort processorns överskottsvärme krävs flera steg.

  • Första steget är kylpasta som ska täcka dess yta (men samtidigt inte användas allt för mycket) som kommer att bilda ett lager mellan processorn och processorblocket för att undvika luftspalter, eftersom dessa minskar kylsystemets effektivitet. Kylpasta finns i många former och konsistenser, och du behöver bara köpa en dyrare om du har ett högkapacitetssystem att kyla. Läs mer om kylpastor i vår artikel om detta.
  • Andra steget är ett processorblock som är kompatibelt med sockeln som processorn sitter i på moderkortet och alltså kan fästas ovanpå processorn. Detta består vanligtvis av någon slags kylfläns i kombination med antingen en fläkt eller vattenbehållare.
  • Fyll resten av kylsystemet och läckagekontrollera detta efter anvisningarna i våra andra artiklar.
  • Montera resten av datorkomponenterna
  • Klart!

Att kyla ett grafikkort

Ett grafikkort är som en mindre version av ett moderkort som är till för att avlasta processorn i applikationer som kräver hög grafik. De har processorer som är dedikerade till just grafikåtergivningen och detta ger datorn mycket högre kapacitet då centralprocessorn inte behöver göra det jobbet utan kan fokusera på andra bitar av applikationens funktion istället.

Liksom hos en CPU skapar dock de intensiva grafikuträkningarna som krävs av exempelvis moderna spel och 3D-renderingar ganska hög värme och om man inte vill ha högljudda fläktar för sin grafikkortskylning kan man istället installera en kylvattenslinga för att kyla det. Om man redan har en modulär kylvattenslinga till sin huvudprocessor kan man lika gärna investera i grafikkortskylning också, det enda som då behövs är grafikkortsblocket, några extra slangar och kanske en radiator till, om man tror att det kommer att behövas. Tänk på att grafikkortsblocket måste vara kompatibelt med det grafikkort man har och att eventuella kylfläktar monterade på detta måste avlägsnas.

När dessa delar är monterade efter instruktionerna som medföljer delarna fylls systemet på likt hur man gjorde när det först installerades, och bör köras i ungefär ett dygn för att avlufta och finna eventuella läckor, som vanligt. Därefter går det bra att koppla in alla andra komponenter igen och njuta av sitt nya vattenkylda grafikkort.

Kylmedel

Vilket medium och ämne som väljs för ett kylsystem beror mest på systemets syfte. I kylskåp och luftkonditioneringsaggregat används gaser, eftersom kompression och expansion av gaser orsakar stora temperaturskillnader, i form av värmeutsöndring vid kompression och värmeabsorption, alltså kylning, vid expansion. Olika gaser har använts genom åren, och under ett tag var freoner mycket vanliga i både kylskåp och som drivmedel i sprayburkar. Det tog många år av undersökning för att avgöra att freonerna som var så frekvent använda skadade ozonlagret som är nödvändigt för all flora och fauna på jordens yta. Då tvingades man övergå till andra gaser att ersätta dessa med, och efter årtionden av förbud mot dessa ämnen har ozonlagret börjat återhämta sig.

Luftkylning handlar också till viss del om att skapa tryckskillnader mellan framsidan och baksidan av en fläkt, eftersom luft, som är en sammansättning av ett flertal gaser, följer samma termodynamiska regler som gaserna i ett slutet kylsystem och alltså får lägre temperatur vid lägre tryck. Men eftersom lufttrycksskillnaden är liten i förhållande till den i ett slutet system handlar luftkylning mestadels om att cirkulera en tillräckligt stor mängd luft genom en uppsättning kylflänsar, som ofta består av en effektiv termiskt ledande metall. Kylflänsar är utformade som en slags kam vars tänder är extremt “djupa” och därmed bildar ett block fyllt med upphöjningar. Dessa skapar större yta som luften kan komma i kontakt med och därmed göra kylningen mer effektiv.

Om man använder vätskor kan man inte använda en kompressor för kylning som man gör i ett kylskåp, utan måste istället förlita sig på simpel cirkulation av kylmedlet mellan värmekällan och en värmeväxlare som kan kyla ner det uppvärmda kylmedlet. Vatten är ett mycket vanligt kylmedel eftersom vi har mycket av det och det har hög värmekapacitet och därmed kylförmåga. Ammoniak är också ett effektivt kylmedel men är mycket mer korrosivt och därför svårare att använda.

Varför det är viktigt att kyla ned datorn

Det är inte alltid alldeles självklart föra alla varför det är en bra idé att kyla ned datorn. För att kunna få ut maximal prestanda, måste datorn kylas ned – något som olika fläktsystem länge hanterat på ett bra sätt. Olika tillverkare av datorchipp och processorer kräver dock att dessa nedkylningsprocesser blir effektivare, för att kunna använda de nyare och snabbare hastigheterna.

[IMAGE=dp8z7xb91KM1.jpg]

Varför är temperaturen så viktig?

Förenklat så blir datorns kretsar och elektroniska chipp betydligt varmare då de måste arbeta med högre beräkningar och hastigheter. När chippen blir överhettade kan de orsaka att datorn arbetar betydligt långsammare, vilket de flesta användare nog upplevt någon gång. Datorn känns “seg” eller kan till och med låsa sig eller i värsta fall krascha. För att undvika dessa scenarion används olika system för att kyla ned datorns inre kretsar och kort. Många tillverkare av processorer som Intel och AMD, förser sina produkter med egna nedkylningsverktyg, såsom fläktar, för att kyla ned systemet och möjliggöra en bättre prestanda. För att klämma ut den maximala kapaciteten är det dock bäst att komplettera dessa med andra nedkylningssystem, och även kontrollera att datorn är placerad i en lämplig inomhusmiljö. Är man i färd med att renovera sin bostad kan det löna sig att utforma just arbetsrummet utifrån att datorn ska kunna kylas så effektivt som möjligt. Ett bra exempel är att integrera fläktar i arbetsrummet med bostadens befintliga fläktsystem. Man kan hitta prisvärda och effektiva takläggare i Göteborg som arbetar med helhetslösningar.

Nedkylning av skalet

Om luften som kommer in i datorn inte kyler ned komponenterna, gör en fläkt väldigt liten nytta. Det vill säga, är luften varm från början, så åstadkommer den ingen större nedkylningseffekt. De flesta skal kommer med en standarduppsättning på två fläktar, vilka blåser luften genom datorn, för att kyla ned innandömet. På stationära datorer finns ofta uttag för att kunna komplettera med en tredje fläkt som rejält kommer att utöka datorns förmåga att kyla ned sig.

Andra komponenter

Det är inte bara datorns “hjärna” eller processor som behöver kyla ned sig. Olika grafikkort hör även till komponenter som riskerar att bli överhettade och behöver minst lika stor nedkylning. Särskilt olika 3D-videokort, kan vara i riskzonen för att inte utvinna tillräckligt med nedkylning av en standardlösning. Det här är extra viktigt att tänka på om man i efterhand lägger till komponenter, vilka förväntas kylas ned av samma antal fläktar. Märker man att datorns allmänna prestanda dras ned märkbart, kan det alltså vara en god idé att se över antalet fläktar man har i bruk. En del datortillverkare tillverkar datorer med metallskal, som ett försöka att ytterligare få ned temperaturen i enheterna. I framtiden kommer vi se nya skal som har nya egenskaper för nedkylning.