Kullanıcı Adı:
Şifre:
Bu konudaki kullanıcılar: 1 misafir, 1 mobil kullanıcı
142
Cevap
42133
Tıklama
6
Öne Çıkarma
Su Soğutma ile Hava Soğutmanın Farkları

M
meke
Konu Sahibi

15 yıl (5988 mesaj)
Daha evvelden diğer forumlara yazdığım bu yazıyı belki faydalanmak isteyen vardır diyerek buraya da yazıyorum.
meke

Su Soğutma ile Hava Soğutmanın Farkları


Hava Soğutma
Genelde, doğal veya fan destekli olarak hava soğutması kullanılması, elektronik parçaların soğutulması için çok yaygın bir yöntemdir. Eğer doğal hava akışı, yüzey arttırma* yapmadan parçayı soğutmak için yetersiz ise, parçaya eklenecek bir soğutucu, ısı transferini arttırır ve parçadan ısı emerek parçanın sıcaklığını düşürür.
Daha fazla soğutma gerekliyse, eklenecek bir fan yardımıyla soğutucunun üzerinden geçen hava akışı arttırılır ve daha fazla sıcaklığın havaya geçmesi sağlanabilir. Fan hariç, hava soğutma ilave bir cihaz gerektirmez ve soğutma işlemini performanslı olarak yapar. Ama su soğutma, çeşitli ilave ekipmanlar gerektirmektedir.

Elektronik parçaların işlem gücü, sahip olduğu transistor sayısı ile arttırılmaktadır. Her ne kadar silikon işleme teknolojisinin küçülmesi ve transistor boyutlarının da buna bağlı olarak ufalmasıyla birim bazında enerji sarfiyatları azalsa da, bu seferde belirli bir alana düşen adetleri arttığı için toplamdaki enerji sarfiyatları artmaktadır.
Bu sarfiyatın çöpü ise ısıdır.

Akılcı tasarımlar ile yüzey alanı arttırmak mümkünse de, bugünlerde soğutucu büyüklükleri ve ağırlıkları anormal artmaktadır. Büyüklük arttıkça, fan tarafından üflenen havaya karşı oluşan geri basınç da artmaktadır, bu fanların da soğutucuyla orantılı olarak büyümesini gerektirmektedir.
Fanlar büyüdükçe, fanın kendisi, montaj parçaları, hava girişi ve çıkışı soğutucu üzerinde çok değerli bir kısım alanı kapatmakta, soğutma fonksiyonu için ufak bir tepkiye bile sebep olabilmektedir.

Su Soğutma

Su soğutma sistemleri, hava soğutmanın dezavantajlarına göre daha iyi sonuçlar vermektedir. Daha az akışkan hacmi ile daha fazla ısıyı üzerine alabilir, daha tutarlı bir ısı kontrolü sağlar ve tüm bunları daha sessiz bir şekilde yapar.

Soğutma maddesinin fiziksel özellikleri, ısı iletimi ile soğutmanın temelini teşkil eder. Yoğunluğunun az olması sebebiyle hava, ısı iletimi açısından birim ağırlıkta daha az sıcaklık taşıyabilir. Kıyaslama yaparsak, su daha yoğundur ve birim ağırlıkta daha fazla sıcaklık taşır.
Kısaca soğutma maddesinin yoğunluğu ve özgül sıcaklığı, onun yüklenebileceği ve taşıyabileceği ısıyı belirler.

Hava ve su akışkanlarının fiziksel özellikleri şöyledir.

Madde Özgül Isısı Yoğunluğu
Su 4217 J/kg·°C 998 kg/m3
Hava 1060 J/kg·°C 1.2 kg/m3


Isıyı alma ve taşıma kabiliyeti, aşağıdaki temel akışkan formülüyle hesaplanır.

Akışkanın ısı alması = Güç (Watt) / (Özgül Isı x Yoğunluk x Hacim)

Örnek olarak 103 Watt’lık enerji ihtiyacı olan bir Prescott işlemciyi soğuturken sıvıda 10 C yükselme olmasını istiyorsak, gerekecek akışkanın miktarını aşağıda hesaplayalım;

Hava ile soğutma;
Akışkanın ısı alması = Güç (Watt) / (Özgül Isı x Yoğunluk x Hacim)

10 derece C = 103 / (1060 J/kg C x 1,2 kg/m3 x Hacim m3/sn)
Hacim m3/saniye = 103 Watt / (1060 J/kg·° C x 1.2 kg/m3 x 10° C)
Hacim = 0.0081 m3/sn = 8 litre/saniye

Su ile soğutma
Akışkanın ısı alması = Güç (Watt) / (Özgül Isı x Yoğunluk x Hacim)

10 derece C = 103 / (4217 J/kg C x 998 kg/m3 x Hacim m3/sn)
Hacim m3/saniye = 103 Watt / (4217 J/kg·° C x 998 kg/m3 x 10° C)
Hacim = 0.0000024 m3/sn = 0,0024 litre/saniye

Hava kullanıldığında, 103 Watt ısıyı, akışkanı en fazla 10C yükseltmek için dakikada 0,5 m3 havayı soğutucu üzerinden geçirmeniz gerekir.
Soğutma maddesi su olduğunda ise, dakikada 0,144 litre suyu soğutucudan geçirmeniz yeterli gelecektir.

Hava soğutmanın diğer bir dezavantajı ise rakımdır. Deniz seviyesinden yükseldikçe, fanların soğutma performansı da düşer. Sebebi ise çok basittir, deniz seviyesinden yükseldikçe, havanın yoğunluğu azalır.
Örneğin, deniz seviyesinden 1500 metre yukarıda yaşayan bir kişinin (Elazığ, Ardahan, Ağrı vb) fanla soğuyan bilgisayar parçaları, deniz seviyesinde yaşayan bir kişinin bilgisayarına göre %14 daha az soğumaktadır. Bunun sebebi fanların sabit hacim transferi yapmalarıdır. Yani deniz seviyesinde üfledikleri hava miktarı ile, 1500 metre rakımda üfledikleri hava miktarı aynı olmasına rağmen, yoğunluk azaldığı için ısı çekme miktarı azalmaktadır.


Soğutucu Büyüklüğü Karşılaştırması
Sıcaklığı akışkana aktarmak için ne kadar yüzey alanının gerekli olduğunun hesaplanması gerekir. Temel ısı transferi kurallarına göre, ısı aktaran yüzey alanı ile ısı aktarım oranı çarpıldığında, ısı aktarım miktarı hesaplanabilir.

Formül Q = H x A x Dt şeklinde olup
Q = Watt cinsinden aktarılan ısı
H = ısı transferi katsayısı (m2’de transfer edilen ısı)
A = yüzey alanı (m2)
Dt = ısı farkı (soğutma akışkanındaki sıcaklık yükselmesi)

Hava için tipik ısı transferi katsayısı 20 Watt/m2 C’dir.
Su için tipik ısı transferi katsayısı ise, 9000 Watt/m2 C’dir. Sıvıların daha yüksek ısı transfer katsayıları olduğu için, ısı transferi yapmalarını sağlayan yüzey de daha küçük olabilmektedir.

Örneğin;

Yukarıdaki düzenekte hava ile soğutmak için gerekli olan yüzey alanı;
Alan = Q / (H x DT) = 103 W/(20 W/m2°C x 10°C) = 0,5 m2 dir.

Yukarıdaki düzenekte su ile soğutmak için gerekli olan yüzey alanı;
Alan = Q / (H x DT) = 103 W/(9000 W/m2°C x 10°C) = 0.001 m2 olacaktır.

Görüldüğü üzere, Prescott işlemciyi havayla soğutmak için gerekli olan yüzey alanı, suyla soğutmak için gerekli olan yüzey alanından 500 kat büyüktür.

Pratikte, böyle bir hesabın bize faydası, işlemciyi havayla soğutmak için, anormal büyük bir soğutucu kullanmak gerektiğidir.

Operasyonel Ses Karşılaştırması
Fanlı hava soğutmanın etkili olabilmesi için, soğutucu yüzeyinde bulunan yaprakçıkların ısıyı üzerine alması ve havaya aktarımını da dengeli yapabilmesi gerekmektedir. Yüksek ısılar üreten parçaları soğutan fanların üfledikleri hava, saniyede 5 metre sürate erişebilmektedir. Bu süratteki soğutmanın ses yapan 2 kaynağı vardır. İlki havayı hareketlendiren paller ve motorun çıkardığı ses, ikincisi ise, soğutucu yapraklarına temas eden havanın sürtünme sesi.

Sıvı soğutmalı sistemler ise, ses çıkaran üniteleri azaltmasıyla ünlü olup, her geçen gün daha da ilginç tasarımlarla karşımıza çıkmaktadır. Devir daim pompası çok az miktarda sıvı dolaştırdığı için, çıkardığı ses de azdır. Saniyede 2 metrelik bir sıvı transferi ile rahatlıkla benzer sıcaklık düşürülebilmekte, soğutucu boyutları ise yüzey alanı itibariyle 500’de 1 küçüklükte olabilmektedir. Devir daim pompasının, radyatörün ve fanın uzakta olması da, toplam ses miktarını düşürmektedir.


Ç.N.: Yüzey arttırma: Isınan parçanın ısısını alabilmek ve soğutabilmek için, ısıyı daha büyük bir alana yaymak gerekmektedir. Mesela CPU’nun üzerindeki metal korumanın alanı 4 cm2 ise, buna bir soğutucu takarak yüzey alanını 400 cm2’ye çıkarmak ve ısıyı geniş alana yaymak mümkündür. Soğutucunun kanatları ve bu kanatların havayla temas eden tüm yüzeyleri, soğutulacak alan hesabına eklenir. Böylece 4 cm2’deki ısı, daha az bir eforla soğutulabilir. (Zalman CNPS7000 serisindeki yüzey alanı 3170 cm2’dir.)

Kaynak; The Benefits of Liquid Cooling over Air Cooling for Power Electronics / Chris Soule, Aavid Thermal Products, Inc.





< Bu mesaj bu kişi tarafından değiştirildi meke -- 20 Temmuz 2005, 16:29:26 >


G
goke
15 yıl (2472 mesaj)
böyle bilgilendirici topikler gördükçe seviniyorum..




D
diablo2
15 yıl (2556 mesaj)
-saved




Z
Zee
15 yıl (639 mesaj)
İnanılmaz yararlı bir yazı olmuş çok teşekkürler.Sticky yapılsa çok daha yararlı olabileceğini düşünüyorum.

Bir de sorum var
Şimdi bir çok yerde inceleme okuyoruz.
Genelde durumu şu şekilde oluyor.
mesela atıyorum :
X su soğutma sistemi ile Y hava soğutma sistemi karşılaştırıyorlar.
IDLE Değerleri :
X Su = 35º
Y Hava = 32º
LOAD değerleri :
X Su = 42º
Y Hava = 40º
Genellikle durum bu şekilde oluyor hava soğutma, sıcaklığı az da olsa daha iyi düşürüyor.
Benim merak ettiğim ise yukarıda meke arkadaşımızın anlattıklarının ışığında, durum bu şekilde olsa bile yine de Su soğutmanın yararı daha mı büyüktür yani bu tarz bir durumda sadece sıcaklıklara bakmak aldatıcı mı olur?
Çünkü X Su soğutma sistemini kullanan tecrübeli bir overclockçu işlemcisine(Intel) 1.75, 1.8 gibi tehlikeli sayılabilecek votlaj değerlerini verebiliyor ama Y hava soğutma sistemini kullanan tecrübeli bir overclockçu işlemcisine(Intel) 1.7`den daha fazla voltaj vermekten çekiniyor.
Ayrıca şu ana kadar gördüğüm, meydana gelen SDS sendromlarının hepsi hava soğutmalı sistemlerde meydana geldi.Su soğutma sıcaklığı hava soğutmaya nazaran daha az düşürse de daha mı yararlıdır ?





< Bu mesaj bu kişi tarafından değiştirildi Zee -- 8/7/2004 23:21:57 >


M
meke
Konu Sahibi

15 yıl (5988 mesaj)
@zee, sana cevap vereceğim ama malum 9800pro@xt'm ile uğraşıyorum.

biraz sabır.




D
devrimow
15 yıl (2604 mesaj)
güzel hoş




B
BozkurtBEY
15 yıl (468 mesaj)
@meke oldukça iyi bir açıklama yazmışsın.emeklerin için teşekkürler.




B
bulent35220
15 yıl (6797 mesaj)
süper bilgilendirici bu tipte yazıların artması forum içinde çok faydalı oluyor




M
meke
Konu Sahibi

15 yıl (5988 mesaj)
@zee,

soruna şöyle cevap vermeye çalışayım;
hava soğutma ile su soğutma testlerine bakarsan, karşılaştırılan hava soğutmanın maksimum devirde alındığını görebilirsin.
yani işlemciyi o sıcaklıkta tutmak için fanlar en hızlı devirleriyle dönmekteler.

Şimdi aşağıdaki tabloya bakalım.

FrostyTech Sound Level Results
Manufacturer Model____Noise Level
Zalman CNPS7000-Cu_____41.7 dB
Zalman CNPS6500-AlCu___47.4 dB
Intel Socket 478_________42.5 dB

testin kendisi için frostytech sitesine bakabilirsiniz.

Yapılan gerçek hayat ölçümlerine göre, soğutucuların "fabrikasyon" değerleri ile "gerçek hayat" değerleri arasında, aynen arabalarda yakıt tüketimi hakkında olduğu gibi farklar bulunmaktadır.
(Nasıl bir arabanın yakıt tüketimi için fabrika verileri 8 lt/100 km der, ama siz 10 lt/100 km altına düşemezsiniz, onun gibi. Şimdi konuyu saptırmamak için detaya girmiyorum ama bu bir kandırmaca değil, fabrika verileri 90 km/saat süratte ve rüzgarsız ortamlarda yapılmakta, ama siz şehir içinde dur kalk ile, yanlış devirle kullanarak, lastik kayıpları, arabanın genel verimi dahil olarak broşür değerlerini pek de tutturamazsınız)

Bu ise, soğutucuları aslında kutunun üzerinde yazdığından daha sesli kullanacağınız manasına geliyor.
Aşağıdaki tabloya bakarsanız, en sessiz hava soğutma sistemlerinden biri olarak bilinen Zalman CNPS7000-Cu, aslında tam devirle çalıştığında, Intel'in stock fanına göre sadece 0,7 db kadar daha sessiz çalışmakta. (Bende bu yüzden aldığım sessiz cpu soğutucusunu geri verdim ve stok soğutucuya geri döndüm)

Ama yapılan sentetik testlerde biraz daha farklı sonuçlar çıkıyor.

50Wlık ısı yayan bir işlemciyi simüle eden ve 100Wlık ısı yayan bir işlemciyi simüle eden testlerde Zalmanın soğutma üstünlüğü, stok fana göre belli oluyor.
(50W -- XP1700+ veya Celeron 1700 gibi düşünülebilir)
(100W -- FX51 veya Prescott gibi düşünülebilir)


Mfg. Model__________Ambient Temp.__50W____100W
Zalman CNPS7000-Cu_____21.0__________35.1 C____48.7 C
Coolermaster IHC-H71_____23.0__________37.0 C____51.1 C
Zalman CNPS6500-AlCu____23.1__________40.3 C____57.4 C
Glacialtech Igloo 3300_____22.4__________40.5 C____58.8 C
Intel Socket 478__________22.4__________41.8 C____59.8 C

Anlaşıldığı üzere, neredeyse aynı ses düzeyinde olmasına rağmen Zalman, Intel stok soğutucu sistemine göre daha iyi soğutuyor. Bu soğutma farkı, Prescott işlemci simülasyonunda -10C'yi buluyor.

Zalman ve yakın rakiplerinin mühendislik harikaları burada devreye giriyor. Intel'de kat be kat mühendislik olmasına rağmen adamlar bence doğrusunu yapıyorlar, yani esas işleri olan CPU üretimine odaklanmak.
Soğutucu için de, maliyetleri düşük ama performansı standart kullanıcılar için etkili olan bir soğutucu tasarlayıp bırakmışlar.

Hava ile Su soğutmanın farkları yazımda anlatmaya çalıştığım aslında şuydu;

CPU'ların mikro işlem gücü arttıkça, hava soğutma yöntemlerinin sınırlarına yaklaşıyoruz.
Orada örneklediğim Prescott, yani 100W ısı üreten bir işlemciyi soğutmak için hava soğutma konusunda ciddi akışkan hareketi gerekiyor, havayı çok yüksek süratle devasa soğutucu kanallarından geçirmek gerekiyor.

1-2 sene sonra 130 - 150W ısı yayan bir işlemci çıkarsa, hava soğutucular 1,5 misli büyüklüğe çıkacak, fan sesleri inanılmaz olacak.

Halbuki su soğutma sistemleri halen aynı büyüklükte, sadece iyileştirme ve verim arttırma çalışmaları yapılıyor. Radikal tasarım değişiklikleri pek yok artık. (Sistemin genel tasarımı açısında söylüyorum, yoksa CPU bloklarının iç tasarımları halen gelişmeye açık aslında)

Buradan esas sorunun cevabına geleyim;

şu anki ölçümlere göre su soğutma ile hava soğutma sistemlerinin değerleri aynı gözükebilir ama 2 farkı var;
1-su soğutma kesinlikle daha sessiz,
2-su soğutma kesinlikle daha verimli.

ısı alma kapasitesi açısından su, havaya göre çok üstün. bu nedenle su soğutmada neredeyse hiçbir değişiklik yapmadan 130W'lık gelecek nesil bir işlemciye uygulayabileceksin, ama fanları 2 kat daha fazla hava üfleyen modelle değiştirmezsen, o işlemciyi hava ile soğutamayacaksın.

Buda acayip kafa şişiren, son derece yüksek hava akımları yaratıp mecburi sesi arttıran tasarımlar ile verimsiz pc kasaları oluşturacak.

Bence bugünlerde hava soğutma sistemleri ile su soğutma sistemleri kesişmiş durumda, hem fiyat, hem performans açısından.
Ama yakın gelecekte hava soğutma ya daha sesli, ya da daha pahalı olacak. Çünkü havanın ısı alma kapasitesi belli ve devasa tasarımlar ile mücadele ediyorlar.


bu tip diğer yazıları okumak isteyen olursa, şu topic’lere bakabilir.
pclabs
hardwaremania
hardwaremania 2





< Bu mesaj bu kişi tarafından değiştirildi meke -- 8 Kasım 2004, 17:30:32 >


8
865pe
15 yıl (7313 mesaj)
Düşünce ve fikir paylaşımı için




B
BozkurtBEY
15 yıl (468 mesaj)
tekrar teşekkürler @meke. emek harcanmış ve gayet aydınlatıcı olmuş.




A
Acharad
15 yıl (10192 mesaj)
bir de su soğutmada aynı şekilde güçlü bir akıya sahip bir radyatör ve bunun gibi birçok üniteye bağlı yerlerden geçecek su boruları derken pragmatiklikten kaybetmeye başlıyor su soğutma..
ve şimdiki tasarımlarda da haanın maximum ısı alm kapasitesini zorlama peşindeler. Ki araba radyatörleri, klima radyatörleri, saç kurutma makinesi rezistansları gibi arada küçük siklon hareketleriyle havayı ısıyla yükleyerek dışarı atma yoluna gidiyorlar..

Ki su soğutmada bile bu olmalı..,

Heatpipe daki dolap gazı metodu bu yolla çalışıyor işte.




M
meke
Konu Sahibi

15 yıl (5988 mesaj)
şu anda coolermaster, thermaltake gibi firmaların 100W cpular için yaptığı soğutucuları biliyorsunuzdur.

600-700 gr arası, 10-15 cm yüksekliğinde ve çift fanlı sistemler.

130-150 w'a çıktığı zaman 1 kg, 50 db, 3 fanlı ve özel güç kaynaklı soğutucular görmek beni şaşırtmayacak.


< Resime gitmek için tıklayın >




A
Acharad
15 yıl (10192 mesaj)
su soğutmada da pek farklı değil.. En azından genişçe bir su haznesi iyi bir radyatör ve güzelinden bir fana ihtiyaç yine olacak.. onlatın da boyutu heralde pentium166 heatsinki kadar değildir di mi?




M
meke
Konu Sahibi

15 yıl (5988 mesaj)
evet, doğrusun.

dikkatli okuduysan şu andaki su soğutma sisteminin 130 - 150wlık işlemciye de aynen yetebileceğini söyledim.

ama hava soğutma için pek mümkün değil.




M
meke
Konu Sahibi

15 yıl (5988 mesaj)

A
Acharad
15 yıl (10192 mesaj)
küçük mü bu .. ve overclock başarısı ne kadar? Kaç wattlık emisyonu soğurabiliyor ve oda sıcaklığı civarında tutabiliyor?




M
meke
Konu Sahibi

15 yıl (5988 mesaj)
tepkisel yaklaşımından gönlünün hava soğutmada olduğunu farkediyorum.

ısı alma kapasitesi hakkında teknik bir incelemeye ulaşır ulaşmaz burada paylaşacağım, ama TT sitesi şimdilik bu bilgileri paylaşmıyor.
gerçi hiçbir soğutucusu için paylaşanı görmedim, ancak test siteleri bunu inceleyip yazıyorlar.

bakalım, göreceğiz.




B
BozkurtBEY
15 yıl (468 mesaj)
sonuçları bekliyoruz.ısı emisyon kapasiteleri hakkında objektif tetler görürsek iyi olur.




M
meke
Konu Sahibi

15 yıl (5988 mesaj)
kasa içi oranına bakılırsa küçük sayılır.


< Resime gitmek için tıklayın >