Bilgisayar Soğutma Sistemleri

Bilgisayar Soğutma Sistemleri Hakkında Genel Bilgiler

Bilgisayar alanında; soğutma, overclock (hızaşımı) ve modifikasyon ayrılmaz bir üçlüdür. Bu üçlüden birisi için yapılan uygulama, çoğu zaman diğerlerini de etkilemektedir. Dolayısıyla modifikasyon ya da overclok ile ilgilenen birinin soğutma teknikleri hakkında en azından genel bir fikri olmak zorundadır.Günümüzde yaşanan bir diğer değişim ise bilgisayar teknolojilerinin hızla gelişmesine paralel olarak işlemcilerin artan ısınma sorunlarıdır. Bu sorunları aşabilmek, bilgisayar soğutma teknikleri bilmek ve uygulamaktan geçer.

Hava Soğutma Çözümleri

Günümüzde bilgisayaların çok büyük bölümü hava soğutma yöntemiyle soğutulmaktadır. Bu nedenle bu yöntem hakkında bilgi sahibi olmak önemlidir. Hava soğutmanın üç şekilde yapıldığı söyleyebiliriz. Bunlardan ilkine doğal soğutma diyebiliriz. Bu yöntemde ısı üreten parçanın üzerine hiçbir ilave yapılmaz, parçanın kendi yüzeyi ve doğal hava akışı parçanın soğutulması için yeterlidir. Örnek olarak anakart üzerindeki sata kontrolcüsü ve donanım kontrolcüsü gibi çiplerin soğutulma şeklini verebiliriz.

Doğal soğutmanın yetmediği durumlarda ısı dağıtıcı (heatsink) ile soğutma yöntemi gündeme gelir. Bu ikinci yöntemde, kullanılan ısı dağıtıcılar vasıtasıyla parçanın ısısı emilir ve buna ek olarak ısıyı havaya ileten alan genişletilerek soğutma performansı artırılır. Bu yönteme örnek olarak anakart üzerindeki güney köprüsü gibi parçaların soğutulması verilebilir. Bu iki yönteme genel olarak pasif soğutma da denir. İkinci yöntemin soğutmaya yetmediği durumlarda sisteme bir fan eklenerek üçüncü yöntem olan fanla soğutma yöntemine başvurulur. Bu yönteme aktif soğutma da denir. Günümüzde bilgisayarın birçok parçası bu yöntemle soğutulmaktadır. Bu nedenle bu konu üzerinde daha geniş durmak gerekmektedir.

Fanla soğutma sistemi, temel olarak ısı dağıtıcılar ve fanlardan oluşmaktadır.

Isı Dağıtıcılar

Genelde çok ısı üreten, işlemci gibi paçalara takılırlar. Kullanılan malzeme genelde alüminyum, bakır ya da her ikisinin karışımıdır. Isı dağıtıcılarının iki temel işlevi vardır. Bunlardan ilki, ısı üreten malzemenin üzerine takıldığı için üretilen ısının bir kısmını absorbe (emme) etmektir. Isı dağıtıcıların ikinci işlevi ise, hava ile temas yüzeyini artırarak ısı transferini arttırmaktır. Isı dağıtıcılarının pratikteki bir diğer işlevi ise tek başlarına yeterli olamadıkları durumlarda üzerlerine fan montajını kolaylaştırmalarıdır.

Isı dağıtıcılarda kullanılan malzemelerden alüminyumun özelliklerine kısaca deyinmek gerekirse; özkütlesi düşük bir metaldir. Dolayısıyla, hava ile temas yüzeyini artıracak geniş alanları alüminyum ısı dağıtıcılar kullanarak daha hafif bir şekilde elde edilebilir. Bu malzemenin diğer bir özelliği ise, ısıyı bakıra göre havaya daha iyi iletebilmesidir.

Bakır; alüminyuma göre ısıyı daha iyi ileten bir metaldir. Bu nedenle ısı dağıtıcının, en sıcak bölümü ile en soğuk bölümü arasında, alüminyum ısı dağıtıcılara göre çok daha az sıcaklık farklı vardır. Bakırın, alüminyuma göre en büyük dezavantajı özgül kütlesinin çok daha büyük olmasıdır. Bu nedenle aynı büyüklükteki bakır soğutucular, alüminyum soğutuculardan çok daha ağır olurlar.

İyi Bir Isı Dağıtıcının Özellikleri

İyi bir ısı dağıtıcısı geniş bir yüzey alanına sahip ve görece hafif olandır. Özellikle sıcak yüzeye temas eden bölüm bakır olmalıdır. Isı boruları sistemin performansını artıracağı için bol miktarda olmalıdır. Gazlar ve özellikle hava, ısıyı çok kötü ilettir. Bu nedenledir ki hava soğutma sistemlerinde fanlar kullanılır. Fanların tek işlevi vardır. Bu da havanın yerini değiştirmektir. Dolayısıyla hava soğutma sistemlerinde de fanların amacı, bu temel işlevi yerine getirmektir. Bunun anlamı, ısınan yüzeylerin çevresinden biriken sıcak havayı uzaklaştırmak ve sıcak havanın yerine soğuk hava yollamaktır.

Günümüzde yaygın olarak 4cm ile 12cm arasında değişen ebatlarda fanlar kullanılmaktadır. Fanların performansını belirleyen iki şey vardır. Bunlardan ilki kanatlarının genişliğidir. Bir fanın kanadı ne kadar geniş olursa üfleyeceği hava miktarı o kadar artar. Dolayısıyla hava soğutmalı sistemlerde performansı artırmak için daha büyük fanlar kullanılır. Fanların performansını belirleyen ikinci şey ise dönüş hızıdır. Bir fan ne kadar hızlı dönerse performansı da o kadar artar. Fanların dönüş hızı RPM (Revolutions Per Minute – bir dakikadaki dönüş hızı) ile ölçülür. Fanların performansları genelde ürünün kutusunda ya da üretici sitelerde verilir ve CFM (Cubic Feet Per Minute – bir dakikada kaç Fit küp hava üflediği) ile ölçülür.

Fanlarda genellikle sleevebearing ya da ballbearing olmak üzere iki tip yatak kullanılır ve kullanılan yatak tipi fanın gürültüsünü ve ömrünü önemli ölçüde etkiler. Bunlardan sleevebearing yatak tipinin, üretim maliyetleri daha düşük olmakla birlikte kullanım ömrü daha kısadır. Ayrıca bu yatak tipini kullanan fanlar diğer yatak tiplerini kullanan fanlara göre daha gürültülü çalışırlar. Bu nedenle kullanıcılar arasında tercih edilmemelidirler. Ballbearing yatak tipini kullanan fanların maliyetleri, sleevebearing yatak tipi kullanılan fanlara kıyasla daha yüksektir. Buna rağmen, kullanım ömrünün daha uzun olması ve daha sesiz çalışma gibi avantajları taşımaları nedeniyle kullanıcılar arasında tercih edilmelidirler.

Fanların gürültüleri genelde ürünün kutusunda ya da üretici sitelerde verilir ve dBA (decibels as per the a scale) ile ölçülür. Fanların gürültü düzeyinin insanlarda oluşturduğu rahatsız edici etki kişiden kişiye değişmektedir. Bununla birlikte okuyucuda genel bir fikir oluşması için şu örnekler verilebilir. 22,5dBa ve altı gürültü üreten fanları 1m uzaktan duymak mümkün olmadığı için bu fanları sessiz olarak nitelendirebiliriz. 30dBa bir çok kişi tarafından tahammül edilebilir gürültü sınırı olarak nitelendirilir. Bu düzeyin üstünde gürültü üreten fanlar kullanıcılarında rahatsız edici bir etki oluşturmaktadır. 40dBa ve üzeri fanların ürettiği gürültü saç kurutma makinesi ile yarışabilecek düzeydedir.

Sıvı Soğutma Sistemleri

Sıvıların ısıl iletimi havaya göre daha yüksektir. Bu nedenle sıvı soğutma çözümleri hava soğutma çözümlerine göre daha yüksek performans sağlarlar. Bu nedenle overclock (hızaşımı) uygulamalarında çoğunlukla tercih edilirler. Su soğutma sistemlerini bir diğer olumlu özelliği; diğer soğutma çözümlerine nazaran daha az gürültü üretmeleri ve daha düşük maliyetli olmalarıdır. Su soğutma sistemleri temelde şu parçalardan oluşur ;

1-Blok: Cpu, kuzey köprüsü, gpu gibi sistem bileşenlerinin üzerine monte edilen ve bu sistem bileşenlerinin ürettikleri ısıyı suya aktaran, genellikle dikdörtgen ya da kare prizma şekilli, içi boş parçalardır.

Isıyı daha iyi ilettiği gerekçesiyle bakır CPU blokları tercih edilmelidir. Ülkemizde Zalman, Thermaltake, Coolermaster gibi firmaların fabrikasyon ürünlerini ya da su soğutma sistemine gönül veren kişilerin kendi üretimi su soğutma bloklarını bulmak mümkündür.

2-Radyatör: Sistem bileşenlerinden sıvıya aktarılan ısının sistemden uzaklaştırılmasını kısaca sistemin ve sıvının soğumasını sağlayan parçalardır. Ülkemizde Thermaltake başta olmak üzere su soğutma çözümleri için radyatör üreten firmaların ürünlerini bulmak mümkün. Ayrıca bir çok kullanıcı sıvı soğutma sistemlerinde kullanmak üzere oto-kalorifer radyatörü kullanılmaktadır.

3-Pompa: Soğutma sıvısının sistem içerisinde hareket etmesini sağlayan parçadır. Kapalı devre sistemlerde pompa sürekli aynı sıvının devirdaim etmesini sağlar. Pompalar normal ve dalgıç olma üzere ikiye ayrılır. Dalgıç pompalar büyük bir su deposunun içine yerleştirilirler. Normal pompalar ise su deposunun içine yerleştirilmeyen pompalardır.Ayrıca su kabı ve hortumlar da bulunmaktadır.

Gazlı Soğutma Sistemleri

Sıvı soğutma sistemimize, bir kompresör ilave edilerek gaz destekli su soğutma sistemi elde edebiliriz. Burada bir bilgi hatası oluşmaması açısından belirtmemiz gereken nokta bir nokta var. Gaz soğutma sistemlerinde kullanılan komprasörlerin içinde komprasör (gazı sıkıştıran bölüm), kondanser (gazı yoğunlaştıran ve gazdan sıvıya dönüşümün olduğu bölüm), ve kılcal (evaporatöre giden gazın basıncını kontrol eden aygıt) bulunur. Ayrıca tüm sistemi soğutmak için yerleştirilen evaporatör (gazın kılcaldan çıkıp buharlaşarak sıvı halden gaza dönüşüm olduğu bölüm) bulunur.

Evaporatör, su kabı içindeki sıvıyı soğuttuğu için su soğutma sistemlerindeki radyatörlere gerek yoktur. Gaz destekli sıvı soğutma çözümleri kompresörün tipine ve genel sisteme göre sıvının sıcaklığı -40c’lara kadar inebilir. Tabi ki bu sıcaklıkta su donduğu için sistemde saf su kullanılmaz. Saf suya bazı katkı maddeleri eklenerek suyun donma noktası düşürülür ya da başka sıvılar kullanılır.

Bunun dışında gaz destekli sıvı soğutma sistemleri, mantık olarak sıvı soğutma sistemlerinden pek bir farklı yoktur. Fakat bu sistemlerde kullanılan kompresörlerin elektrik sarfiyatı çok yüksektir. Dolayısıyla uzun süreli kullanımlara uygun olmayabilir. Ayrıca kompresörler çok sessiz ürünler değildir. Dolayısıyla bu gaz destekli sıvı soğutma sistemleri, normal sıvı soğutma sistemlerinden daha gürültülüdür. Fakat sistemde termostat kullanılırsa ve ilave ayarlar yapılırsa sıvı sıcaklığına göre kompresör zaman zaman kapanıp açılabilir. Bu da elektrik sarfiyatını ve gürültüyü bir derece azaltır. Gaz destekli sıvı soğutma çözümlerinin bir diğer olumsuz özelliği ise, çok düşük sıcaklılara ulaşabilmesi nedeniyle su bloğu ve hortumların yalıtılması ihtiyacıdır. Aksi durumda bu parçalar üzerinde terleme (havada bulunan suyun yoğunlaşması) sorunu ortaya çıkabilir ve bu sorun bilgisayarlarımız için tehlikeli sonuçlar ortaya çıkarabilir.

Gaz ile soğutma sistemlerinin yapısı, gaz destekli sıvı soğutma sistemlerinin yapısına benzetebiliriz. Bu sistemlerin en önemli farkı evaporatörün bir sıvı kabı içinde durmayıp, bir soğutma bloğu şeklinde tasarlanıp takıldığı parçayı soğutmasıdır. Bu nedenle gaz ile soğutma sistemlerinin içinde sıvı soğutma ve gaz destekli sıvı soğutma sistemlerindeki gibi radyatör, pompa ya da soğutma sıvısı bulunmaz. Gaz destekli soğutma sistemleri bilgisayarın ancak bir bileşenini (örneğin sadece CPU) soğutabilecek ürünlerdir. Bu sistemlerde kompresör sadece bir parçayı soğutur. Bunun etkisiyle o parçanın sıcaklığı, sistemin yapısına ve kompresörün performansına göre -50c dereceye kadar düşebilir. Bu sistemler hiç durmadan sürekli ve her zaman tam performans altında çalışır. Bu nedenle de elektirik sarfiyatı bundan önceki çözümlere göre çok daha yüksektir. Bu soğutma çözümünde terleme sorunu daha baskındır. Bu nedenledir ki, bu sistemler günlük kullanıma uygun değildir.

Peltier Destekli Soğutma Sistemi

Peltier; uçlarına DC gerilim uygulandığında iki yüzü arasında ısı transferi yapan yarıiletken termoelektrik bir elemandır. Bu nedenle elektirik akımı uygulandığında bir yüzü soğurken diğer yüzü ısınır. Bu özelliği nedeniyle genellikle soğutucu olarak kullanılır. Arabalarımızda kullandığımız buzdolaplarının çoğu peltierler aracılığı ile soğutulur.Uygun koşullarda kullanılan bir peltierin sıcak yüzü ile soğuk yüzü arasında yaklaşık 50-60c sıcaklık farkı vardır. Dolayısıyla peltier ile çok düşük sıcaklıklara ulaşmak istiyorsak sıcak yüzeyi, çok iyi soğutmak zorundayız. Aksi halde peltier yanar.

Peltierlerin soğutma performansı Watt ile ölçülür ve peltier destekli bir soğutma sisteminden verim alabilmek için kullanılan peltierin gücünün, işlemcinin güç tüketiminden daha yüksek olması veya en kötü ihtimal aynı olması gerekir. Dolayısıyla güncel bir sistemi peltier ile soğutmak için en iyi ihtimalle 135-150watt’lık bir peltiere ihtiyaç vardır. Peltierler güçü; çektiği elektrik akımının şiddeti (Amper) ile çalıştığı elektrik geriliminin (Volt) çarpımına eşittir. Örneğin 48Watt’lık bir peltier W=V*I formülünden hareketle 12Volt, 4 Amper’dir. Bilgisayarlarımızdaki PSU’lar en fazla 12Volt gerilim verdiği için güçlü bir peltier almak istediğimizde, çektiği akım şiddetinin yüksek olmasına dikkat etmeliyiz. Aksi halde ya o peltieri gerçek güçünden daha düşük bir güçte kullanmalıyız ya da harici bir adaptör almalıyız.Günümüzde bilgisayar için peltier destekli soğutma çözümleri tercih edilmemektedir. Bunun en büyük nedeni kullanım güçlüğüdür. Her şeyden önce peltier çok fazla güç çektiği için sistemin bağlı olduğu güç kaynağı dışında bir güç kaynağına bağlanmalıdır. Elektrik sarfiyatı çok yüksek olduğu için günlük kullanıma uygun değildir. Peltier ile yaşanabilecek diğer bir olası sorun elektrik kesildiğinde karşımıza çıkar. Elektrik kesilince bilgisayar ile birlikte peltier de kapanır ve sıcak yüzeyindeki ısı soğut yüzeye ve oradan soğuttuğumuz parçaya akmaya başlar ki bu da istenmeyen sonuçlar doğurabilir.

Kuru Buz İle Soğutma Tekniği

Kuru buz diye adlandırılan madde aslında hepimizin çok iyi bildiği karbondioksitin (CO2) katı halinden başka bir şey değildir. Kuru buz normalde et taşıyan arabalarda, kimya laboratuarlarında ve bazı ilaçların ve organların taşınmasında soğutma amacıyla kullanılır. Fakat kuru-buzu uç overclock denemelerinde kullanmak da mümkündür. -60 ila -70 derece arasında bulunan kuru-buzun en önemli özelliği süblimleşmesi yani katı halden direk olarak gaz hale geçmesidir.

Günlük kullanıma uygun olmayan kuru-buzla bilgisayarı soğutma tekniğini uygulamak için özel hazırlanmış bir blok almak ya da yaptırmak gerekir. Bu bloğu iyice yalıtıp sisteme kurduktan sonra bu bloğun içine kuru buz atılır ve bu şekilde işlemci -40 -50c gibi sıcaklıklara düşürülür. Kuru-buzun süblimleşme hızını artırmak için bloğun içine biraz aseton dökülebilir. Kuru-buzla soğutma tekniğinde kullanılan blokların yapısı gereği, bu teknik sadece işlemcileri soğutmak için uygulayabiliriz.

Sıvı Azot İle Soğutma Tekniği

Sıvı azot yaklaşık -220c sıcaklıkta bulunur ve buharlaşma sıcaklığı -196c’dir. Sıvı azot normalde çok düşük sıcaklıklarda çalışılması gereken çok özel teknik işlerde kullanılır ama uç overclockcular bilgisayarlarını soğutmak için bu sisteme de başvururlar. Tıpkı kuru-buzla soğutma tekniğinde kullanılan bloklara bezer yapıda bloklar kullanıldığı için, sıvı azotla soğutma tekniğin de sadece işlemcileri soğutmak için uygulanabilir. Sıvı azotla soğutma tekniğinde çok özel saklama kapları, pompalar ve bloklar kullanılarak işlemcilerin sıcaklığı yaklaşık -150c ye kadar düşürebiliriz. Bu nedenle en iyi overclock skorları ancak sıvı azot tekniği kullanılarak elde edebiliriz.Bu teknik de günlük kullanıma uygun değildir ve masrafları diğer tekniklerden çok daha yüksektir. Ayrıca çok düşük sıcaklıklarla uğraşıldığı için en tehlikeli soğutma tekniği budur.

Benzer yazılar

Yanıt verin.

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir