Moderní vodní chlazení a co byste o něm měli vědět | Kapitola 2

Voda… Co?

Abyste pochopili, jaké síly působí ve vašem „vodníkovi“, je velmi důležité pochopit, proč je voda lepší než vzduch. Takže než se pustíme do vody, koukněme se, jak pracuje vzduch.

Tradiční vzduchové chlazení využívá velkého kusu kovu (váš pasiv), obvykle kombinovaný s ventilátorem. Tento kus kovu bývá umístěn na tepelný rozvaděč (heat spreeder) vašeho procesoru, obvykle s velmi tenkou (alespoň doufám) střední vrstvou teplovodivé pasty. Teplo tak prochází skrz heat spreeder do pasivu, který obvykle obsahuje mnoho tenkých žeber. Skrz žebra proudí vzduch a teplo přechází z molekul pasívu do molekul vzduchu.

Jak je to efektivní? Pro začátek se podíváme na nejdůležitější zákon chlazení - Newtonů zákon. „Pro těleso chlazené prouděním je míra tepelné ztráty úměrná rozdílu teplot mezi tělesem a jeho okolím.“

i Zdroj: PCTuning.cz

Jak pracuje vodní chlazení?

Takže když procesor má 60 stupňů a vzduch má 25, tak myslím, že by to mohlo chladit slušně, že? Ovšem jen do doby, než potkáme myšlenku…

Tepelná kapacita

Tepelná kapacita vyjadřuje, kolik tepelné energie je látka schopna pojmout, aby se ohřála o tepelnou jednotku (je jedno jestli to jsou stupně Celsia nebo Kelviny). K čemu je nám to dobré? Snadno si tak ukážeme, proč právě voda.

Vzduch má tepelnou kapacitu 720 J·Kg^-1·K^-1, zatím co voda má tepelnou kapacitu 4180 J·Kg^-1·K^-1. To znamená, že vzduch pobere téměř šestkrát méně tepelné energie, než se ohřeje o jeden kelvin (stupeň), než stejné hmotnostní množství vody. Jeden užitečný příklad. Voda může absorbovat šestkrát více tepla z těch 125W TDP, které vyzařuje váš procesor, oproti vzduchu. V praxi to znamená, že jste schopni vodou chladit čtyř jádrový QX6850 lépe než 35W Athlon 64 vzduchem. Skvělé, že?

A bude to ještě lepší, protože tohle je pouze polovina příběhu. Další je…

Tepelná vodivost

Tepelná vodivost nám udává, jak rychle se dokáže teplo šířit mezi jednotlivými částicemi v látce. Jinak řečeno, je to výkon (tj. teplo/práce za jednotku času), který projde krychlí s hranou 1 metr (objem 1 kubický metr), aby její opačné strany měly teplotní rozdíl jeden Kelvin. Můžeme si vypočítat tepelnou vodivost pro jakékoliv látky, ale vzorce zde nemají žádný smysl, raději opět necháme mluvit čísla.

Jako u tepelné kapacity, můžeme porovnávat jednotlivé hodnoty pro tepelnou vodivost. Například voda má tepelnou vodivost 0,6062 W·m^-1·K^-1 zatímco vzduch pouze 0,0262 W·m^-1·K^-1, tj. voda vede teplo téměř 24x lépe než vzduch!

Pro případ, že jste zvědaví: měď má tepelnou vodivost 386 W·m^-1·K^-1 - je druhá nejvyšší z kovů. Víte co je první? Pokud jste řekli zlato, tak jste prohráli… protože má tepelnou kapacitu pouze 317 W·m^-1·K^-1. Stříbro je v současnosti materiál s nejvyšší vodivostí a to 429 W·m^-1·K^-1. Pokud chcete něco ještě lepšího, tak byste museli vodní blok vyrobit z diamantu (přírodní kolem 900 W·m^-1·K^-1, laboratorní až 2500 W·m^-1·K^-1).

Takže čím vyšší číslo, tím rychleji a snadněji látka odvede teplo.

Takže?

To znamená, že voda je v porovnání se vzduchem dokonalejší chladivo. Odebírá teplo 24krát lépe než vzduch, a zároveň zůstane šestkrát déle chladná. A jak jsme se naučili od Newtona, je velký tepelný rozdíl mezi vodou a procesorem obrovsky důležitý pro udržení nízkých teplot.

Teď potřebujeme nějak dostat vodu na heat spreeder procesoru. Používáme stejný princip jako u vzduchu. Tentokrát ale použijeme tzv. vodní blok, tj. něco přes co bude proudit voda. Většinou uvnitř najdeme kanálky, žebra či další tvary pro zvýšení kontaktní plochy jako u vzduchu. Samozřejmě, tady opravdu podobnost končí. Ačkoliv vzduch je skoro jako kapalina, voda má pár dalších problémů které musíme vyřešit. Například to, že kapaliny jsou těžší než vzduch. Takže máme pár dalších problémů k řešení.