Každý uživatel je spokojený, když jeho PC netrápí vysoké teploty, a přitom jej také neruší nadměrný hluk chladičů. Jak na to nám ukáže GEEK Pavel „Khalai“ Sekerka v sérii článků, které připravil ve spolupráci s firmou EK Water Blocks.
Cílem textu jsou především začátečníci, proto jsou některé pasáže zjednodušeny v rámci srozumitelnosti.
Proč se vlastně musí hardware v počítačích vůbec chladit?
Na vině je impedance polovodičových součástek a elektrických obvodů v PC. Vlivem impedance se část elektrické energie při průchodu obvodem přemění v odpadní teplo. Vzhledem k malé ploše moderních polovodičových součástek stačí jen pár desítek wattů bez chlazení a dojde okamžitě k přehřátí. To vede v lepším případě k značnému snížení výkonu vlivem automatického podtaktování, což sníží množství generovaného tepla. V tom horším případě může dojít až k poškození hardware, ale v dnešní době všemožných ochran k tomu dochází naštěstí už jen velmi vzácně.
Konvenční chlazení většiny procesorů, grafických karet nebo jiného hardware je obvykle ve formě bloku hliníkových žeber a měděné základny, propojených pomocí měděných trubiček (heat pipes). Tyto trubičky odvádí odpadní teplo ze základny chladiče do hliníkových žeber. Skrze ty pak proudí vzduch od ventilátorů a tím žebra ochlazuje. Vzhledem k tomu, že vzduch je obecně spíš tepelný izolant než vodič, tak má tento způsob chlazení svoje limity.
Naproti tomu mají kapaliny násobně vyšší tepelnou kapacitu a při správném využití nabízí daleko účinnější chlazení než klasické vzduchové chladiče. Ideální kapalina pro využití v chladiči má vysokou tepelnou kapacitu a tepelnou vodivost, nízkou viskozitu a je levná. Také není toxická a chemicky reaktivní, aby se zabránilo korozi kovových částí v okruhu. Tyto parametry celkem dobře splňuje destilovaná voda, a proto je také nejčastěji využívaným médiem v kapalinových chladičích. Proto se jim koneckonců říká vodní chladiče nebo hovorově „vodníci“. Nedostatky destilované vody jsou pak vyváženy různými aditivy v podobě antikorozních látek a/nebo biocidních látek. Teplá voda je totiž výborné prostředí pro pomnožení vodních řas a sinic. Předpokládám, že nikdo nechce mít ve svém počítači takový malý osobní rybníček brčálník.
Chlazení kapalinou samozřejmě také podléhá fyzikálním zákonům, které stanovují určité limity. Vhodnou aplikací těchto zákonů lze nicméně dosáhnout účinného chlazení. Aniž bych vás tady zatěžoval dlouhou a nudnou přednáškou z mechaniky kapalin, rád bych zde letmo zmínil problematiku laminárního a turbulentního proudění. Kapalina tekoucí v trubici má obvykle tendence k laminárnímu toku ve vrstvách, kdy vrstvy nejblíže stěn trubice tečou nejpomaleji a vrstvy uprostřed proudu nejrychleji. Laminární proud ale není moc výhodný pro chlazení bloku ve vodním okruhu. Proto mají bloky vodního chlazení uvnitř tenké destičky s úzkou mezerou, což se chová jako tryska (jet plate), která mění laminární proud na turbulentní. Ten je násobně účinnější v transferu tepla než proud laminární. Kapalina pak protéká vysokou rychlostí skrze malé kanálky v chladícím bloku, které zvětšují kontaktní plochu s kapalinou pro účinnější odvod tepla. Chladící blok musí být dobře navržený, aby nekladl kapalině zbytečně vysoký odpor a příliš nesnižoval rychlost toku.
Pokud to shrneme, tak vhodná kapalina s vysokou tepelnou kapacitou, která využívá vysoké rychlosti toku v okruhu a zároveň turbulentního proudění ve správně navrženém chladícím bloku s nízkým odporem, hladce překoná konvenční chlazení vzduchem.
A jak to tedy vlastně funguje?
V základním principu se vodní chlazení zase tolik neodlišuje od chlazení vzduchového. Stále je zde chladicí blok a stále je zde také výměník tepla. A samozřejmě nějaký ten ventilátor, obvykle dva nebo tři. Ale zatímco vzduchové chladiče spoléhají na tepelné vedení ze základny do žeber pasivu pomocí heat pipes, tak chladící vodní okruh využívá kapaliny pro rychlý odvod tepla od chladícího bloku a výměna tepla s okolím probíhá skrze radiátor, který má většinou daleko větší plochu pro odvod tepla z kapaliny do okolního vzduchu. Prvek, který je zde navíc oproti vzduchovému chlazení, je pumpa/čerpadlo, které kapalinu pohání skrze okruh.
Na trhu je mnoho modelů tzv. uzavřených all-in-one kapalinových chladičů, např. oblíbený NZXT Kraken X62, Corsair H100i nebo SilentiumPC Navis 240. Tyto chladiče jsou bezúdržbové a stačí je pouze vybalit z krabice, nainstalovat a můžete je ihned použít. Jsou obvykle účinnější než vzduchové chladiče a také mají atraktivní vzhled, zejména ve spojení s RGB efekty. Ale je to samozřejmě vykoupené vyšší pořizovací cenou. Nevýhodou je nemožnost rozšíření okruhu o další chladící blok nebo radiátor. Časem také postupně klesá jejich účinnost vlivem odpařování kapaliny ven z okruhu bez možnosti jejího opětovného doplnění.
Většina all-in-one chladičů také nejde použít na chlazení grafických karet, a pokud ano, je to obvykle spojené s kompromisy. Naproti tomu „plnokrevný“ vodní okruh dovede zkrotit teploty i na té nejvýkonnější grafické kartě a nadto nabídnout i velice tichý chod. A v tom já osobně spatřuji největší výhodu, pokud se člověk rozhodne si postavit vlastní okruh vodního chlazení. Moderní grafické karty jsou dnes vybaveny automatickým přetaktováním, které je vázané na teplotu GPU, a pomocí vodního chlazení můžete z vaší karty dostat vyšší výkon než s běžným chladičem. A to vše bez zbytečně vysoké hlučnosti.
Jsou tedy vůbec nějaké nevýhody?
Samozřejmě se nic neobejde bez kompromisu. Jedna z největších nevýhod vodního okruhu je jeho vysoká pořizovací cena. Relativně jednoduchý okruh s chladícími bloky pro CPU a pro grafickou kartu a s jedním radiátorem vás snadno vyjde na částku převyšující 400 €. Další drobnou nevýhodou je delší čas kompletace a testování okruhu. A nakonec je občas nutné doplnit kapalinu nebo ji v pravidelných intervalech vyměnit. Pochopitelné jsou také obavy z úniku kapaliny mimo okruh a poškození hardware elektrickým zkratem. To je však u moderních okruhů celkem vzácná komplikace, a pokud dodržíte pár jednoduchých tipů a pravidel, tak se toho nemusíte bát. Jakmile jednou sestavíte okruh a otestujete jeho těsnost, pak můžete svůj počítač normálně používat. Občasná kontrola okruhu není od věci, ale není nutné to přehánět.
Závěr a shrnutí
Berte tento článek jako takový malý úvod do problematiky chlazení PC pomocí kapaliny. V dalších textech bych chtěl podrobně rozebrat jednotlivé součásti okruhu a jejich různé varianty. Od firmy EK Water Blocks jsem obdržel sadu pro stavbu okruhu z řady EK-KIT Classic RGB P360 a také blok pro grafickou kartu EK-FC RTX 2080 + Ti Classic RGB.
Pomocí této sady bych vás chtěl krok za krokem provést stavbou celého okruhu. Také přidám nějaké ty tipy a triky z vlastní zkušenosti. Rád bych i vyvrátil několik stále kolujících smyšlenek a polopravd, které jen zbytečně matou začátečníky i zkušenější stavitele. Sady od EK Water Blocks jsou výborným výchozím bodem i pro uživatele bez zkušeností se stavbou okruhu. Obsahují vše, co člověk potřebuje pro vytvoření základního okruhu pro chlazení procesoru s možností rozšíření okruhu o další blok (například pro grafickou kartu) nebo radiátor.
Cena se pohybuje mezi 280 € až 340 € dle typu a velikosti radiátoru v sadě. Sada obsahuje vysoce kvalitní součástky a svoji cenu si dovede snadno obhájit. Všechny součástky, které přicházejí do kontaktu s kapalinou, jsou měděné. Nehrozí tedy galvanická koroze jako u většiny all-in-one chladičů s hliníkovým radiátorem. Také mají všechny součástky příjemně minimalistický vzhled. V dnešní době samozřejmě nechybí ani RGB podsvícení. Co si budeme nalhávat, šikovně provedené vodní okruhy lze občas téměř považovat za umělecká díla.
Děkuji vám za pozornost, pokud jste dočetli až sem. Budu se na vás těšit v některém z dalších článků o vodním chlazení. Nízkým teplotám a tichému chlazení zdar!
