TEC koeling
TEC koeling (Thermo Electric Cooling) is een minder populaire vorm van koeling. Door het hoge verbruik gekoppeld aan de matige prestatie's worden deze prulletjes nauwelijks gebruikt. Als voordeel heb je wel dat ze heel compact zijn, en dat het een relatief goedkope aanschaf is om je waterkoeling te verbeteren.
TEC devices zien eruit als keramieke plaatjes, slechts een tweetal mm dik en met een oppervlakte van een 20tal vierkante centimeter. Binnenin vinden we een aantal thermokoppels. Deze bestaan uit zwaar gedopeerd P en N materiaal. De electronen kunnen vrij rondbewegen in de koperen geleiders van de TEC. Eens ze aan de warme zijde van het P materiaal komen moeten ze een gat (
hole) vullen om door het materiaal te kunnen bewegen. Hierbij zakken de electronen naar een lager energieniveau en moeten ze dus die overige energie afgeven. Dit gebeurt in de vorm van warmte. De warme kant van het P materiaal zal dus warm worden (klikt logisch hé
). Eigenlijk spreken we hier over een gatenstroom, daar de gaten gaan bewegen van de koude kant naar de warme kant. Eens de gaten gevuld zijn kunnen de electronen terug in de koperen geleiding aan de koude kant overgaan. Hierdoor stijgen ze van energieniveau, en die energie halen ze door warmte te ontrekken. De koude kant wordt dus koud. Dan als de electronen het N-type materiaal tegen komen moeten ze weer naar een hoger energieniveau gaan om erdoor te kunnen bewegen. Er zal dus weer warmte ontrokken worden. Hierna kunnen de electronen zich terug bewegen in de koperen geleiding aan de warme kant, waar ze deze keer naar een lager energieniveau zakken en warmte zullen afgeven. Eenvoudig gezien: door stroom op de TEC aan te sluiten pompen we electronen rond, en doordat ze aan de koude kant stijgen van energiewaarde kunnen ze daar energie ontrekken. Die geven ze terug af aan de warme kant doordat ze dalen in energetische waarde.
Afhankelijk van het aantal koppels, de stroom, ... zal ook het pompend vermogen van de TEC's (ook wel peltiers genaamd) veranderen. Het temperatuursverschil tussen de twee zijden zal meestal iets van een 70° zijn. Hetgeen wel veel zal verschillen is het vermogen dat de TEC kan overpompen. Kan die niet genoeg vermogen overpompen dan ga je uiteindelijk niets anders doen dan je chip opwarmen. Meestal staat er 220W TEC o.i.d. Deze TEC zou dus in staat zijn 220W aan warmte te kunnen overpompen. Het temperatuursverschil tussen beide kanten hangt hieraan wel gekoppeld. Hoe meer vermogen er moet worden overgepompt, hoe lager het temperatuursverschil. Als we dus de volle 220W moeten overpompen krijgen we totaal geen temperatuursverschil, terwijl we zonder enige vorm van warmtebron een temperatuursverschil van om en bij de 70° zouden moeten krijgen.
Een gouden regel is om steeds een TEC aan te schaffen die dubbel zo groot is dan het vermogen dat je moet koelen. Hierdoor zal er nog genoeg ruimte zijn om toch nog een temperatuursverschil te merken.
Met de volgende formule kan je het temperatuursverschil berekenen:
Delta T = (1 - (Heat Load/Max Cooling Power)) * Max temp diff
* Delta T = Het praktisch temperatuursverschil tussen de twee zijden van de TEC, uitgedrukt in graden Celcius.
* Heat Load = De warmte die een CPU (of eender welke warmtebron) uitstoot, gemeten in W (Watt).
* Max Cooling Power = Maximaal vermogen waarvoor de TEC gerate is om over te kunnen pompen, uitgedrukt in Watt (220 voor een 220W TEC, 80 voor een 80W TEC).
* Max temp diff = Het theoretisch maximaal verschil tussen de cold side en hot side van de TEC, utigedrukt in graden Celcius (aka Delta T max).
Met een 220W TEC en 60W processor zouden we bijvoorbeeld een delta T kunnen krijgen van om en bij de 50°, wat wil zeggen dat de koude kant 50° kouder zal zijn dan de warme kant. Was je CPU vroeger 30°, dan zal die NIET -20° worden na het toevoegen van een TEC. Ik zei dus al dat TEC's stroom verbruiken, en nog redelijk veel. Neem nu mijn 240W TEC. Deze heeft maximum 26A op 15,4V nodig. Maken we even de berekening I * U = P, dan merk ik al snel dat de TEC 400W zal verbruiken. In dit moet ik koelen, niet de 60W van de CPU. Eigenlijk wel de 60W van de cpu, want die komt er ook nog eens bij. Ga je overclocken, dan vermeerderd dit ook nog eens. Dat is dus het grote probleem bij TEC's. Het te koelen vermogen ligt hoog, waardoor je CPU in het beste geval meestal maar een 30° zal dalen.
Oja tip: vergeet luchtkoeling. CPU + TEC dissiperen gewoon te veel vermogen voor een luchtkoeling. "Maar mijn thermalright XP 120 komt toch in de buurt van een deftige waterkoeling". Ja maar een waterkoeling kan de warmte wel op tijd wegbrengen, zelf met hogere vermogens, terwijl je met luchtkoelen zoiets als een kritiek punt hebt, en eens je dat overschrijd zal de heatsink warmer en warmer blijven worden. Meeste heatsinks zijn ook maar voorzien om een goeie 150W te koelen.
Een tweede probleem met TEC's is de voeding. Neem nu mijn TEC: 26A / 15,4V. Ik ken momenteel geeneen voeding die dat kan leveren. Ik kan de TEC altijd op 12V laten werken, maar als ik echt het maximum wil zal ik een speciale voeding moeten aanschaffen. Meanweel heeft heel wat in huis, dus daar moet je zeker eens een kijkje nemen.
Ten laatste moet ik ook nog melden dat het met TEC's mogelijk is om sterk onder de kamertemperatuur te gaan, wat als gevolg heeft dat je condens zal vormen: isolateren van de socket is dus zeker een vereiste!
waterchillen
Waterchillen is een mengeling van koeltechnieken. Algemeen bestaat het uit een normale waterkoeling, maar een waterchiller onderscheidt zich van een normale waterkoeling doordat het nog een extra warmtepomp heeft. Meestal worden oude ijskasten gebruikt. Hierbij wordt de verdamper van de ijskast in het reservoir van de waterkoeling geplaatst. Vanzelfsprekend moet je dan wel je radiator van je waterkoeling verwijderen, anders ga je jouw ijskast liggen opwarmen met lucht op kamertemperatuur. Alles goed isoleren is de boodschap zodat de verdamper zo goed mogelijk het watercircuit kan afkoelen. Meestal haalt men cpu temperaturen van rond het vriespunt. Dat wil dus zeggen dat je watertemperatuur nog een stuk lager ligt, en je dus Antivries zal moeten gaan toevoegen omdat je water niet zou bevriezen. Ook het isoleren van de socket is nodig aangezien je condens gaat krijgen, en niet alleen de socket, alles dat in contact met het gechillde water komt zal uiteindelijk condens gaan veroorzaken. Zelfs je tubings. Het maken van een waterchiller is altijd wel eens leuk, en relatief goedkoop aangezien je wel altijd eens een vervallen ijskast langheen de straat kan tegenkomen. Verder worden soms ook TEC's gebruikt om het water te chillen, maar zoals je mss al weet zijn TEC's veel inefficiënter en is het nog altijd beter dat je ze gewoon tussen je waterblock en CPU steekt.
Phase change -basis
Phase change is een koelmethode waarbij men met behulp van de manipulatie van het kookpunt van gassen een chip koel kan houden.
Kookpunt? Koel?
Ja, kookpunt, koel.
Heel simpel: ooit al eens water zien koken? Wel eerst zet je het gasbrandertje aan, waardoor je water warmer wordt, en dit tot het begint te koken. Als gevolg zal het water in de pot zich om gaan vormen tot waterdamp. Dit heeft als simpel gevolg dat de temperatuur van het water niet zal stijgen alvorens het helemaal omgevormd is in waterdamp. Wij willen natuurlijk geen CPU temperatuur van rond de 100°C, maar als we nu eens een vloeistof nemen dat rond -50°C kookt hebben we al een veel aantrekkelijkere koelmethode.
Nadat je water verdamt is zit het in de atmosfeer, en dit is een groot nadeel aangezien je dus nieuw water zal moeten nemen om opnieuw te kunnen koken. Hiervoor is er een oplossing: een compressor. Een compressor is in staat druk op te bouwen. Doordat we druk kunnen opbouwen is het mogelijk om het verdampte gas terug vloeibaar te maken. Immers, bij het verhogen van de druk zal ook het kookpunt verhogen. Het kookpunt zal uitindelijk hoger worden dan de temperatuur waarop het gas zich bevind, waardoor het in feite vloeibaar wordt gedrukt en de warmte eruit geperst. Plaatsen we hierna nog een radiator/condensor dan wordt het gas weer geheel vloeibaar, zij het op een verhoogde druk.
Om onze vloeistof terug te kunnen laten verdampen op laag kookpunt vinden we in phase change koelingen een verdamper terug. Een verdamper is niets meer als een verbreding van de leidingen waardoor de druk afneemt en we dus terug aan het koken gaan. Hierna gaat het weer naar de compressor, enz.
Verdamper ontrekt warmte, compressor + radiator geven warmte, en zo pompen we dus onze warmte energie van de ene ruimte naar een andere ruimte.
Kijk maar naar koelkasten: vanbinnen lekker fris, maar aan de achterkant lekker warm.
Tot zover de gesloten circuits. Het is ook mogelijk om gewoon wat chemische stof aan te kopen en deze te laten verdampen op de warmtebron zonder opnieuw samen te drukken. We laten alles gewoon vervliegen in de atmosfeer. Dit wordt vooral gedaan met stikstof en CO2, beter bekend als LN2 en Dry Ice. Je neemt een grote koperen trechter en plaatst daar de warmtedrager in, start je pc op, en als je bijvoorbeeld weet dat vloeibare stikstof een kookpunt heeft van -196°C ben je in staat om je pc redelijk extreem te koelen.
Bing Bong!
Evaporatiekoeling, beter bekend als koelen met een Bong, is een princiepe dat al jaren wordt toegepast. Het is infeite een gewone waterkoeling. We hebben ook een cpu-blokje, we hebben ook een pomp, maar de radiator wordt hierin vervangen door een verdampingsschacht. Het berust op het eenvoudige princiepe dat water energie onttrekt om te verdampen. Lees maar even verder...
Wat?
Laten we om te beginnen eerst een schets te tonen van hoe het eruit ziet:
klik
We zien een grote koker. Beneden vinden we een reservoir waaruit we water halen om door onze koelblokjes te pompen. Nadat we alle hardwarecomponenten afgekoeld hebben pompen we het water verder naar de bovenkant van de schacht waar we een douchekop hebben geïnstalleerd. De schacht zelf moet worden voorzien van een luchtstroom, dus plaatsen we een 80mm ventilator onderaan. Liefst schuin, zodat we niet teveel waterdeeltjes erop krijgen. De meeste denken nu wss dat we een mooi douche-effect gecreërd hebben vooral goed voor casemodders. Het tegendeel zal bewezen worden. Verdampen is een natuurlijk proces. Laat een glas water staan op tafel en het verdampt. Grote volumes verdampen veel trager, omdat enkel de bovenste deeltjes kunnen verdampen. Daarom gebruiken we een douchekop. Water wordt her en der verspreid en je krijgt een veel groter contactoppervlakte. Grotere oppervlakte wil zeggen meer verdampen. Verdampen is een thermodynamische reactie en bij water is dit de volgende constante: 2257,92 kJ/kg bij 1 bar (normale atmosfeer). Als we een bong hebben die 1 liter water op 5 uur tijd zou kunnen verdampen, dan zou die 2 257 920J / (5x3600)s = 125,4 J/s energie verbruiken. Wetende dat 1W= 1J/s wil dat dus zeggen dat we met deze bong een overclockte A64 op full load vijf uur lang op kamertemperatuur blijft. Niet alleen de douchekop zorgt voor veel oppervlakte, ook de afstand van de verticale valbeweging maakt een verschil in bongsystemen. Wat we met het verdampte water doen is simpel: wegblazen. Daarvoor ook de ventilator onderaan de schacht.
Any news?
"Nuja, wat er nu zo speciaal daaraan?" Laat me jullie dan even wijsmaken dat dit soort koeling in staat is onder de kamertemperatuur te kunnen gaan! Hoe langer dat het water moet vallen, hoe meer verdampingsenergie er verbruikt wordt, endus hoe kouder het water wordt. Op cooling-masters.com deden ze een vergelijkende test met volgende radiators en een kleine bong:
klik.
Ze namen water op een temperatuur van 50°C, en gingen dan elke minuut een temperatuurmeting doen om zo het koelgedrag in beeld te brengen. Dit is hun resultaat:
klik.
Je ziet duidelijk dat het bongsysteem het een heel pak beter doet dan beide high end radiators. De kamertemperatuur ligt juist onder de 25°C, en de bong met ventilator kan daaronder duiken in amper 20 minuten, terwijl de radiators nog tussen de 35 à 40 °C hangen. Het feit dat je verdampingsenergie gebruikt om te koelen, stelt bongs ook in staat om hogere vermogens te koelen, zoals die van peltiers bijvoorbeeld. De hoogte van bongs is heel bepalend voor het koelvermogen ervan. Voor heel hoge bongs zou het mss beter zijn om een apparte loop te maken om enkel je water op te pompen. De volgende prent illustreert perfect waarover ik het heb:
klik.
Fantische ding! Of niet?
Dit is de meestgebruikte methode van evaporatiekoeling. Je kan het makkelijk namaken met PVC buizen. De douchekop zou eentje moeten zijn met hoge flow. Je pomp moet ook genoeg opvoerhoogte hebben. Nadelen van dit soort koeling is dat je water verdampt, en dit dus ook moet bijvullen. Dat bijvullen hangt af van het reservoir, alsook van de luchtvochtigheid. Je wordt aangeraden dit dagelijks te controleren. Verder stijgt de luchtvochtigheid ook in de kamer waar de bong zich bevind, dus een beetje trok voor die kamer zal zeker geen kwaad kunnen. Muisstil is dit zeker ook niet, herinner je jouw laatste keer dat je in de douche ging...
Fotomateriaal
Een traditioneel bongsysteem.
Dit ding is zeker in staat om high end waterkoelingen bij te benen.
Een gigantische bong.
Deze ging gemakkelijk onder kamertemperatuur, en verlaagde zelfs de kamertemperatuur.
Kijk maar naar de hoeveelheid damp deze kon produceren.
Bongs in
parallel.
En een must-see,
de Twister.
Nogmaals, maar dan geanimeerd.
Source
http://www.cooling-masters.com/articles.php?id=7&page=0
http://www.xtremesystems.org/forums/showthread.php?t=78543
http://forums.extremeoverclocking.com/showthread.php?t=159589
http://www.ku74.net/uberbong/
http://www.overclockers.com/ articles389/
)
