Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Диагностика и устранение неисправностей системы охлаждения персональных компьютеров

КАРАЧЕВСКИЙ ФИЛИАЛ

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ – УЧЕБНО – НАУЧНО – ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОМПЛЕКС»

Кафедра «Информатика и вычислительная техника»

Допустить к защите «__»_____________2013 г.

Руководитель Ковальчук С.А.______________

ФИО преподавателя

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Техническое обслуживание средств вычислительной техники»

на тему: «Диагностика и устранение неисправностей системы охлаждения персональных компьютеров»

КР 230106.51.13.13

Работу выполнил студент Климов Павел Сергеевич

Шифр 09592 Группа То-35 Факультет «Информатика и вычислительная техника»

Специальность 230106 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей»

Курсовая работа защищена с оценкой _________________________________

Руководитель _________________________Ковальчук Сергей Александрович

подпись ФИО

Карачев, 2013 г.

Содержание

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР 230106.51.13.13

Разраб.

Климов П.С.

Провер.

Ковальчук С.А.

Т.контр

Н.контр.

Ковальчук С.А.

Утв.

Диагностика и устранение неисправностей системы охлаждения персональных компьютеров

Содержание

Лит.

Листов

То – 35

Введение 3

1 Классификация систем охлаждения процессоров 4

2 Описание конструкции и принципа действия различных видов системы охлаждения ПК 7

2.1.2 Азотная система охлаждения 9

2.1.3 Углекислотная система охлаждения 11

2.1.4 Система охлаждения на тепловых трубках 13

2.1.5 Водная система охлаждения 13

2.1.6 Воздушная система охлаждения 19

2.2 Особенности установки кулеров на различные платформы 21

3 Основные неисправности системы охлаждения ПК и их устранение 24

Заключение 26

Список литературы 28

Приложение А 29

ВведениеИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР 230106.51.13.13

Разраб.

Климов П.С.

Провер.

Ковальчук С.А.

Т.контр

Н.контр.

Ковальчук С.А.

Утв.

Диагностика и устранение неисправностей системы охлаждения персональных компьютеров

Введение

Лит.

Листов

То – 35

В настоящее время в связи с развитием персональных компьютеров происходит развитие систем охлаждения. В последние лет десять появилось множество различных типов систем охлаждения (водное, на тепловых трубках, азотное, фрионовые и др.).

Сегодня большинство из них стали доступны обычным пользователям. Перед пользователем стоит проблема выбора систем охлаждения, какого типа систему использовать.

Оценив состояние развития систем охлаждения можно сформулировать критерии выбора:

1) финансовые затраты на содержание конкретных систем охлаждения;

2) квалификация пользователя создающего данную систему;

3) наличие в свободном доступе отдельных компонентов систем охлаждения;

4) имение возможность пользователем выбора: создавать собственные системы охлаждения или покупать готовые.

Учитывая, все вышеперечисленное определило тему курсового проекта:

«Нестандартная система охлаждения и их обслуживание».

Целью курсового проекта является обобщение информации о системе охлаждения процессора и об их обслуживании, а также устранении неисправностей.

1 Классификация систем охлаждения процессоровИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР 230106.51.13.13

Разраб.

Климов П.С.

Провер.

Ковальчук С.А.

Т.контр

Н.контр.

Ковальчук С.А.

Утв.

Диагностика и устранение неисправностей системы охлаждения персональных компьютеров

Лит.

Листов

То – 35

Мощная система охлаждения - это высокотехнологический продукт, конструкция которого должна быть продумана до мелочей. Современные высокопроизводительные процессоры греются не хуже ламп накаливания; «топовые» модели производят до 130 Вт тепла, а порой и больше. Теперь представьте, что в одном сервере толщиной в один юнит (1,75 дюйма, около 4,4 см) может находиться два таких процессора, а юнитов в стойке - до сорока двух штук. Количеству выделяемых стойкой калорий позавидует иная тепловая пушка, обогревающая производственные помещения. Вторая проблема - малый размер процессоров.

Чтобы отвести тепло с небольшой площади радиатора, необходимо обдувать его очень большим количеством воздуха, а значит, вентиляторы должны быть высокопроизводительными и, как следствие, шумными.

Несмотря на кажущуюся простоту, приходится искать решения множества технологических задач, таких как равномерное распределение холодного воздуха в стойке, интенсивный отвод теплого воздуха, герметичность. Становится очень важным правильное распределение серверов внутри стойки и прочие тонкости. Да и КПД такой системы охлаждения тоже оказывается не на высоте: получается тройная передача тепловой энергии - сначала охлаждается фреон, который затем охлаждает воздух, а воздух, в свою очередь, охлаждает процессоры.

Системы водного охлаждения процессора известны уже много лет, но до недавних пор они оставались экзотикой, уделом фанатов, собиравших их из ассортимента авторазборок и аквариумных магазинов. Разумеется, надёжность таких систем была невысока, а самое главное, в них не было необходимости.

Ещё год назад для охлаждения большинства процессоров даже с учетом значительного разгона вполне хватало воздушного охлаждения. Но тактовые частоты и тепловыделение растут, а воздушное охлаждение, похоже, достигло своего максимума, воплотившись в кулере от TermalTake Volcano 7+.

Сейчас частота процессоров перевалила за 3 гигагерца, а тепловыделение стремительно близится к 100-150 ватт. Например, для охлаждения Athlon XP 2200+ едва хватает мощностей, пресловутого Volcano 7+ не говоря уже о разгоне. Разумеется, можно устанавливать всё более мощные вентиляторы, но ведь мы хотим использовать компьютер постоянно, и многим не понравится перспектива того, что кулер, охлаждая процессор, будет перекрикивать музыку в комнате, (вспомните Volcano 6Cu+), а особенно если учитывать, что многие практикуют оставлять компьютер работающим на ночь, то низкий шум вообще становится приоритетной задачей. Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР 230106.51.13.13

КР 230106.51.10.9

Не легче обстоит и ситуация с Pentium 4 несмотря на то, что Intel утверждает что для охлаждения их процессоров вполне хватит боксового кулера, на самом деле процессор спасается от перегрева за счёт снижения производительности. Таким образом, используя боксовый кулер и выполняя операции требующие длительной, значительной нагрузки на систему (обработка видео, компрессия больших архивов, игры и.т.д.) на старших моделях P4, а особенно при разгоне. может создаться ситуация, когда за счёт перегрева процессор просто снизит свою производительность, поскольку для пользователя это всё не заметно, то он будет уверен, что его P4 отлично охлаждается, в то время как на самом деле, это не совсем так. Кроме того, процессоры Intel при соответствующем охлаждении великолепно разгоняются.

Для чего нужны такие огромные системы охлаждения, если маленький боксовый кулер вполне успешно справляется со свой задачей?! Лучше всего, конечно же, уменьшить тепловыделение самого компьютера, но это очень сложно, и решить эту проблему одним броском не удается. Потому немалую популярность приобрели бесшумные системы охлаждения процессоров и видеокарт. Бесшумный кулер должен иметь продуманный радиатор с большой площадью рассеивания, такой, чтобы несильного обдува хватило для эффективного охлаждения. Кроме того, лучше применять вентиляторы большого типоразмера - они способны создавать достаточный поток воздуха при минимальных оборотах и, как следствие, минимальном шуме.

Исходя из вышеуказанного, можно составить следующую классификацию систем охлаждения процессора:

Стандартные

система охлаждения на тепловых трубках
воздушная система

Нестандартные

углекислотная система.
фреоновая система
азотная система

водная системаИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР 230106.51.13.13

КР 230106.51.10.9

2 Описание конструкции и принципа действия различных видов системы охлаждения ПК

2.1.1 Фреоновая система охлажденияИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР 230106.51.13.13

Разраб.

Климов П.С.

Провер.

Ковальчук С.А.

Т.контр

Н.контр.

Ковальчук С.А.

Утв.

Диагностика и устранение неисправностей системы охлаждения персональных компьютеров

Лит.

Листов

То – 35

Специалисты российской компании Kraftway, изучив проблему, подумали: а зачем вообще нужен воздух в этой системе «теплых взаимоотношений»? И решили охлаждать процессоры сразу фреоном кондиционера.

Однако не все так просто. Подумайте, легко ли конфигурировать систему, насквозь пронизанную трубками с фреоном?! Поэтому было решено охлаждать не сами процессоры, которые располагаются в разных серверах по-разному, а сначала отводить тепло от раскаленных невероятной вычислительной мощностью ядер тепловыми трубками. То есть один ее конец располагается на самом процессоре, отбирая тепло, а другой - выводится на заднюю стенку сервера. Тем самым упрощается не только конструкция охладителя, но и процесс замены серверов: достаточно отвинтить тепловую трубку и вынуть корпус из стойки, не останавливая и не разбирая всю систему охлаждения.

Устройство тепловой трубки тоже заслуживает упоминания. Как известно, в них применяются самые разные теплоносители (вода, эфир, фреон). Однако большинство из них не обладают достаточной производительностью. Даже вода, несмотря на свою впечатляющую теплоемкость, не может справиться с той скоростью отвода тепла, которая требуется для современных процессоров. Есть и другой момент: представьте, что трубка вдруг начнет протекать… это явно не обрадует электрические схемы материнской платы.

Применение фреона позволяет добиться необходимой производительности и безопасности.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР 230106.51.13.13

КР 230106.51.10.9

В случае протечки он тут же улетучивается, а теплоемкость его испарения сравнима с водой. Устроена трубка следующим образом. Жидкий фреон по капиллярной губке направляется к процессору, там, испаряясь, поднимается к «утюжкам» прикрепленным к постоянно охлаждаемой металлической колонне, в которых он охлаждается и, конденсируясь, стекает вниз в горизонтальную часть трубки, где благодаря капиллярному эффекту попадает обратно к ядру процессора. Далее - по кругу. Надежность такой замкнутой и герметичной системы очень высока.

Однако, выведя процессорное тепло наружу, мы решили только половину задачи. Ведь его все равно нужно каким-то образом передать дальше, «на улицу». Тут и выступает на сцену вышеупомянутая колонна, к которой прикреплены горячие «утюжки» тепловых трубок. Несмотря на свой заурядный вид, она вовсе не является копией морозилки бытового холодильника.

Внутри этой прямоугольной тепловой колонны расположена медная трубка с массой мельчайших отверстий, в которую специальная помпа подает хладагент. Протекая по трубке, фреон через отверстия разбрызгивается на внутреннюю поверхность колонны. Испаряясь на ней, он отбирает тепло у «утюжков» и уходит по трубке к основному компрессору, который может быть расположен далеко за пределами стойки (например, на улице вместе с радиатором охлаждения хладагента). Дополнительная помпа понадобилась для того, чтобы регулировать нагрузку: стойка с серверами может быть заполнена только частично, и охлаждать колонну целиком - пустая трата энергии. С другой стороны, основной компрессор кондиционера работает на постоянных оборотах, и снижать их недопустимо, так как он может просто-напросто сгореть (можно вспомнить частые случаи перегорания компрессоров холодильников в сельской местности из-за пониженного напряжения). Поэтому оказалось рациональнее (хоть это немного и усложнило конструкцию) поставить дополнительную помпу непосредственно в стойке и управлять уже ее оборотами. Таким образом, инженеры продолжают бороться за общее повышение КПД системы.

Итак, получается двойная, а не тройная система охлаждения. Сначала нагревается непосредственно фреон, минуя воздушную стадию (нагревом корпуса трубок можно пренебречь), и уже он отдает тепло окружающему воздуху, причем далеко за пределами серверной стойки.

Если мы избавились от воздушного охлаждения процессоров, то нет необходимости в большом количестве вентиляторов внутри каждого сервера. По утверждению разработчика, для охлаждения всех оставшихся схем, включая жесткий диск и блок питания, достаточно лишь одного вентилятора на корпус. Это радикально снижает шум, что позволяет размещать такие стойки внутри рабочих комнат, не вынося их в специальные помещения.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР 230106.51.13.13

КР 230106.51.10.9

2.1.2 Азотная система охлаждения

Жидкий азот - сильно текучее вещество с температурой -196 ⁰С, что означает его высокую опасность для жизни и здоровья при неправильном обращении.

Итак, что представляет собой система охлаждения, хладагентом в которой служит жидкий азот? Да ничего особенного, собственно - основание, выполненное из металла или какого-либо другого материала с высоким коэффициентом теплопроводности, и припаянную к этому основанию чашку, в которую этот самый жидкий азот наливается. Конечно, это простейший случай, однако он же и самый показательный. Создать основание несложно, но это, пожалуй, единственная несложная операция во всем процессе создания азотной системы охлаждения. Дальше начинаются проблемы. Проблема первая - где взять чашку. Металлической кружкой тут не обойдешься, так как потери тепла через стенки будут настолько велики, что весь азот будет уходить не на охлаждение процессора, а на охлаждение стенок сосуда и окружающей среды. Нужна хорошо изолированная чашка.

При всем этом сосуд должен быть еще и не очень объемным, чтобы влезть в корпус, пусть даже специально модифицированный, а в сосуд небольшого объема необходимо будет очень часто подливать азот. Кроме того, вес сосуда не должен быть большим, так как лапки сокета не способны выдержать большую нагрузку. Кстати, попутно выплывает и еще одна серьезная проблема. Как известно, пластмасса с понижением температуры теряет свою эластичность. При азотных температурах (ок. -195 градусов по шкале Цельсия) материал, из которого выполнен сокет, будет настолько хрупким, что вряд ли будет в состоянии удержать даже очень малый вес. Так что придется думать над системой крепления, причем в идеале никак не завязанной на материнскую плату.

Понятно, что при таких температурах вся влага из воздуха тотчас же выпадет в осадок, и бороться с этим в данном случае воистину бесполезно - не та разница температур. Единственный доступный способ - герметизация процессора и прилегающих частей материнской платы с помощью лаков и герметиков. Тоже трудоемко, но исполнимо. Правда, над системой отвода воды и льда из корпуса все равно надо подумать.
Однако все эти трудности меркнут перед следующей проблемой. Она, как всегда, банальна - у вас не хватит денег на обслуживание такой системы, вернее, хватит, но вы не захотите их тратить в таких количествах. Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР 230106.51.13.13

КР 230106.51.10.9

Рисунок 1 – Азотная система охлаждения

Хранить жидкий азот надо в специальных больших термосах, называемых сосудами Дьюара. Которых необходимо иметь минимум три - один действующий, два на заправке.

Теперь оценим, сколько азота потребуется для питания такой системы. Примем для простоты расчета, что тепловые притоки из окружающей среды равняются 1 ватт тепла, рассеиваемый процессором, потребует для своей нейтрализации 18 г. азота в час, следовательно, средний 50-ваттный Athlon съест за час 900 г. (1,125 л) азота. Следовательно, включая компьютер на 6 часов в сутки, вы будете тратить почти 7 л азота. Это идеализированный минимум, который для получения реалистичного результата надо умножать в лучшем случае на полтора, а то и на два, три и даже пять в случае совсем плохой изоляции колбы - из-за теплопритоков окружающей среды и соответствующих потерь. Вот и выходит, что азотная система - удел больших организаций и тестовых лабораторий, и дома ее держать просто незачем.

Однако азот - это не единственное вещество, которое можно использовать для экстремального охлаждения процессоров. Существует еще одно, весьма бюджетное решение, которое позволяет даже в самых что ни на есть домашних условиях достигать очень низких температур.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР 230106.51.13.13

КР 230106.51.10.9

2.1.3 Углекислотная система охлаждения

Этим служит сухой лед, представляющий собой двуокись углерода, или углекислый газ, замороженный до температур около -78 ⁰С, и не имеющий при атмосферном давлении жидкой формы, то есть переходящий из газообразного сразу в твердое, сублимированное состояние. Теплота парообразования (называемая в этом случае теплотой сублимации) у двуокиси углерода существенно выше, чем та же величина для жидкого азота, и на один ватт тепловой мощности уйдет лишь 11 грамм углекислоты.

Но главный плюс углекислотной системы охлаждения - не в этом. Она существенно дешевле и проще как в эксплуатации, так и в сборке.

Углекислоту легче достать, достаточно лишь договориться с мороженщицей из ближайшего ларька. Также углекислоту можно просто покупать. С изоляцией колбы можно морочиться уже не так серьезно, так как теплопритоки прямо пропорциональны разности температур между окружающей средой и хладагентом, соответственно, в случае с азотом (температура которого, напоминаю, близка к -200 градусов) разница температур будет втрое большей, чем при использовании двуокиси углерода с его -78 градусами. Сама колба уже тоже не обязательно, металлический стакан, обмотанный войлоком, вполне пойдет. Да и для хранения углекислоты сосуды Дьюара не нужны, хотя, конечно, что-то теплоизолированное крайне желательно.

Принципиальной же для эффективности разгона разницы между -78 и -196 градусами нет, и, если процессор разогнался до какой-то частоты при углекислотной температуре, то вряд ли он разгонится еще больше при температурах азотных.

Да, жидкий азот отдает тепло куда более равномерно, чем большой твердый кусок льда, который соприкасается со стенками на очень небольшой площади, но эту проблему можно решить, просто раскрошив куски в ступе, и высыпав в стакан. Производится и специальный гранулированный сухой лед, который размалывать уже не надо.

Остается проблема конденсата, но она решается герметизацией.

Конечно, в качестве штатной системы охлаждения такую чашку со льдом вряд ли имеет смысл эксплуатировать, однако энтузиаст-оверклокер вполне может иметь такое устройство под рукой, просто для того, чтобы иногда ходить в палатку к мороженщице, брать у нее твердый CO2, бить рекорды, и повышать собственную самооценку. И никаких дорогостоящих термосов не надо.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР 230106.51.13.13

КР 230106.51.10.9

2.1.4 Система охлаждения на тепловых трубках

Взгляды в сторону комбинации из тепловых трубок, воздушного охлаждения и термоэлектрического модуля. Примером такой системы может являться серия видеокарт Sparkle Calibre.

В случае же, если пользователь предпочитает установить такое охлаждение на свой графический ускоритель самостоятельно, он может обратить свое внимание на вновь представленное решение - Titan Elena TEC VGA Cooler. Рисунок. 2.

Графический процессор здесь охлаждается с помощью элемента Пельтье, четырёх тепловых трубок и двух 80-мм вентиляторов. Система управления модулем термоэлектрического охлаждения включает его лишь по достижению графическим процессором определенной температуры, что позволяет избежать образования конденсата, неизбежного при переохлаждении.

Рисунок 2 – Titan Elena TEC VGA Cooler

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР 230106.51.13.13

КР 230106.51.10.9

2.1.5 Водная система охлаждения

Теоретически система жидкостного охлаждения имеет ряд преимуществ перед воздушным охлаждением:

1. Вода имеет гораздо более высокую теплоемкость.

2. Радиатор может находиться где угодно, лишь бы хватило, длинны трубок и мощности помпы.

3. Тепло не рассеивается вокруг процессора, а отводится в другую точку (туда, где размещён радиатор) поэтому компоненты системы находящиеся вблизи процессора (видеокарта, жёсткий диск и.т.д.) нагреваются меньше.

4. Размеры радиатора ограниченны разве что размерами корпуса, а если радиатор внешний, то вообще не ограниченны.

Минус у водных систем всего один, нарушение герметичности ведет, как правило, к необратимому повреждению системы, поэтому водная система охлаждения должна быть высоконадёжна. В настоящее время существует всего несколько фирм, выпускающих готовые комплекты водного охлаждения, одна из них 3R Systems.

Система продаётся к картонной коробке размерами 300 x 150 x 220 мм весом 1.7КгИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КР 230106.51.13.13

КР 230106.51.10.9

Рисунок 3 – Комплектация.

Радиатор
80x80 вентилятор
Силиконовая трубка 2 метра
Теплообменник
Адаптер для крепежа на Socket 478
Розетка
Крепежи трубок
Крепёж для Socket A
Шурупы
Контейнер для воды
Крышка контейнера
Пробка контейнера
Прокладка для электропровода
Помпа

Так же в комплекте идёт двусторонний скотч для фиксации контейнера с водой внутри корпуса, он так же уменьшает вибрацию от работы помпы.

Инструкция на 3 языках китайском, английском и японском. На русском, правда, нет, но, внимательно прочитав эту статью, вы сможете успешно установить и эксплуатировать систему Посейдон.

Автоматическое реле

Наклейка-предупреждение, что у вас установлена водная система охлаждения, и помпу нужно подключить до включения компьютера

Рисунок 4 – Радиатор

Диагностика и устранение неисправностей системы охлаждения персональных компьютеров 📙 Курсовая → 🆔 71677