Наш ответ Залману - II: Noise0db Project

I. Этапы большого пути.

Для начала, немного истории. К постройке полностью безвентиляторного компьютера я подбирался долгих два года. Все началось с того, что в один прекрасный день, привычно бороздя просторы интернета, я случайно набрел на страничку некоего японца с ником Numano3
(к сожалению, ныне не существующую). То, что я там увидел, стало для моего неокрепшего сознания немалым потрясением: человек своими руками собрал две системы без единого вентилятора внутри, причем на далеко не самых холодных конфигурациях. И это в те времена, когда Zalman 7000 только появился на рынке, а единственным кулером на тепловых трубках был Coolermaster HHC-1 классической конструкции (естественно, о корпусах типа TNN500 и пассивных блоках питания никто еще и слыхом не слыхивал). Так у меня появилась мечта. Однако, по результатам последующих раздумий, приходилось признать: при всей заманчивости идеи, осуществить ее мне, увы, пока не светит. За множеством мелких, но решаемых проблем вставала одна непреодолимая: не было совершенно никакой возможности раздобыть подходящие радиаторы. Лепить же кошмарную составную конструкцию из алюминиевых листов, по примеру одного из проектов Numano... Нет, настолько маньяком я себя не чувствовал :). Вздохнув, выбросил все это на время из головы и занялся другими вещами, между делом поглядывая на эксперименты других энтузиастов в этой области. Идея, однако, запала в голову - постоянно чесались руки сделать что-нибудь с использованием тепловых трубок и больших радиаторов. И наконец случай представился. Первым шагом вперед стало изготовление системы охлаждения видеокарты для проекта МТХ 1.0: она не планировалась пассивной, но пара тепловых трубок там, тем не менее, была предусмотрена - основной радиатор должен был находиться на тыльной стороне карты. Концепция, как несложно догадаться, была срисована с залмановского ZM80C-HP, а донором трубок стала более дешевая модификация того же кулера - ZM50. В результате недели терзания фрезерного станка был зарелизен вот такой девайс:

Дизайн оказался удачным, все заработало так, как и было задумано. Однако, к конечной цели меня это приблизило не сильно: отдавать и впредь по 500р (стоимость ZM50-HP) за одну трубку было совершенно неприемлемо, других же источников не наблюдалось. Делать было нечего: успокоив себя мыслью, что приобретенный скилл фрезеровки теплообменников - уже хорошо, сел дальше ждать погоды.

Через какое-то время дождался сразу двух событий: на рынке появился "набор юного охладителя" (HDD-кулер ZM-2HC1 с десятью легко извлекаемыми тепловыми трубками на борту) и вскоре после этого Numano выложил описание своего третьего проекта, в котором именно эти трубки и использовались! Естественно, 2HC1 был незамедлительно куплен для тестов - и тут произошла достадная случайность, затормозившая мой прогресс более, чем на полгода. Из за невозможности испытать трубки в такой же, как у японца, конструкции (радиатора по-прежнему не было), я решил найти им другое применение: попробовал "нарастить" с их помощью радиатор Volcano 7:

Результат обескуражил: нулевая эффективность трубок. Посидел, почесал репу, и сделал вывод (как позже выяснилось, ошибочный): трубки от 2НС1 расчитаны на другой температурный диапазон, а значит ничего у меня с ними не выйдет. Смущало только, что у Numano все работало, да и другие люди сообщали об удачном их использовании. Но у меня, к сожалению, не было никого, с кем можно было бы плотно пообщаться и выяснить, что же все таки происходит. Так я и просидел в творческом кризисе, пока той же темой не заинтересовался Clear66. У него подходящие радиаторы имелись, однако повторять японский дизайн один в один он тоже не стал. И наступил на те же грабли: трубки не желали работать! Однако, в отличие от меня, рук коллега не опустил и продолжал экспериментировать. И нашел таки причину: в обеих наших конструкциях с теплообменниками контактировали только оконечные "загогулины" трубок, которые были слишком короткими для качественной передачи тепла теплоносителю. Распрямление трубок и задвигание их глубже в теплообменник полностью решило проблему. Я был окрылен :). Бросился в магазин за еще одним 2НС (на этот раз второй ревизии) и неделю спустя уже хвастался пассивным блоком питания на базе инвиновского Powerman'a:

Везение продолжалось: буквально через пару дней в почту стукнулся Clear66 с сообщением, что радиатор, который он использовал в своем безвентиляторном концепте, продается в Чип&Дипе всего за 370р! На радостях купил три :). Тем более, что окончательная компоновка еще не была определена, и сколько их могло реально понадобиться, я не знал. Чуть позже произошло еще одно счастливое событие: появилась возможность достать набор тепловых трубок от TNN500 (tnx 2 Alex Lyagavin), которые, вдобавок к их основному предназначению, прекрасно подходили для пасификации видеокарты в обычном мидитауэре. Подходящий радиатор тоже уже был. Естественно, я не смог не воспользоваться таким шансом дополнительно набить руку и пару месяцев до часа Х мой обычный комп, помимо пассивного БП, щеголял вот таким довеском на задней стенке :).

Заодно получил еще немного полезного опыта: выяснилось, что даже самые эффективные трубки с фитилем из спеченного медного порошка не стоит ориентировать "холодным" концом вниз.

Одна проблема, однако, оставалась нерешенной: я все еще плохо представлял, что делать с винтами. Их у меня в компе было два и они отчетливо шумели, даже несмотря на мягкий подвес и несколько слоев шумоизоляции внутри корпуса. Поначалу нацелился на конструкцию под названием "bitumen box", подсмотренную на форуме silenthardware.de. Суть ее в следующем: винт помещается в глухой бокс, оклеенный шумоизоляцией, а тепло от него, посредством тепловых трубок, отводится на внешний радиатор. Однако, в моем случае этот радиатор надо было выносить за пределы корпуса, а значит головной боли светило изрядно. Пока взвешивал все за и против, произошло событие, вследствие которого я был избавлен от этой проблемы. Один из винтов, который уже пару месяцев подглюкивал, умер, утащив с собой все, что на нем было. Поскольку резервное дисковое пространство было нужно позарез (выживший WD с системой был всего двухгиговым), решил выкинуть и второй винт, а систему переписать на валявшийся без дела ноутбучный Seagate. Что и было сделано. Через полчаса работы запустил комп с новым винтом и... было мне счастье! :). Мало того, что 2.5-дюймовый Momentus почти не издавал шума, так еще и грелся очень слабо, а значит можно было закутать его в шумоизоляцию, не заботясь о каком-либо дополнительном охлаждении. Ради этого я простил ему и невысокую скорость дисковых операций, и незапланированный поход на рынок за переходником. С этого момента и начинается собственно Noise0db Project: через неделю я взял отпуск и погрузился в работу.

II. От частей к целому.

На тот момент у меня на руках были:

- Корпус, 1 штука. Нонеймовая жестянка, пару месяцев назад подобранная на помойке. Местами
ржавая и с мятой стенкой (отмыл, отрихтовал), но зато - бесплатная, легко режется и не жалко угробить, если что.

- Блок питания безвентиляторный, собственного изготовления, 1 штука.

- Радиаторы большие, 3штуки. В дело, в конечном итоге, пошел один.

- Радиатор малый (для видюхи), 1 штука.

- Tрубки от ZM-2HC2, 6 штук. Остались после пасификации БП, как раз в нужном количестве.

- Трубки от TNN500, две штуки. Было четыре, остальные сломал, пытаясь разогнуть :).

- Алюминий в виде 6-миллиметрового листа и разного рода брусков, в достаточном количестве. Меди, увы, на тот момент достать возможности не было.

Ну и железо, разумеется, в следующем ассортименте:

AthlonXP 2100+ (Palomino, 72W)
Gigabyte 7VTX (KT266)
1Gb DDR2700
Radeon X800Pro
20Gb Seagate Momentus

Конфиг странный, но - так уж сложилось :). Все это предстояло за месяц собрать в единую конструкцию. В плане компоновки решил не изобретать ничего нового: удачный опыт Numano...

...Fmah...

и Clear66...

...не давал повода усомниться в работоспособности классической для таких систем конструкции. Да и набор имеющихся компонентов полету фантазии особо не способствовал - наверное, это было все же благоприятным обстоятельством, ибо к делу, в результате, приступил бодро и без лишних сомнений. Первым делом снял с корпуса "глухую" стенку и привинтил снаружи к материнскому поддону большой радиатор. Это было быстро: поскольку сей крепеж со всех сторон закрыт от взглядов, банально скрепил две детали вместе, взял дрель и совершенно от балды просверлил насквозь три дырки. Метчик, резьба, винты с плоскими головками - вуаля! На следующий день отвинтил радиатор и повез на завод, приводить в божеский вид. О радиаторе, пожалуй, стоит сказать пару слов отдельно. Не знаю, кто его сделал, но судя по внешнему виду, отливали из переплавленных ложек и кастрюль руками, трясущимися после недельного запоя. Подошва напоминала лунный пейзаж, а по краям торчали заусенцы толщиной чуть меньше ребер. Вдобавок, с одного края зачем-то шло поперечное ребро, которое, оставь я его на месте, определенно создало бы помехи конвекции. Его-то я и срезал первым делом - в станке как раз стояла дисковая фреза. Затем, сменив инструмент, профрезеровал до гладкого состояния ту часть подошвы, к которой должны были прилегать теплообменники. И, наконец, посредством большого напильника избавил радиатор от заусенцев, а себя - от риска порезать руки. В таком виде это чудо и было установлено в корпус, уже капитально.

Следующие несколько дней были посвящены фрезеровке теплообменников. Процессорный был сделан из двух свинченных вместе 6-миллиметровых пластин (итоговый размер: 49 х 50 х 12мм)...

...три других - составные: основа выточена из найденных тут же, на заводе, брусков, а крышки - из того же 6-мм листа. Здесь-то и были зарыты большие грабли, впрочем об этом позже. Оконечные теплообменники сделал высокими, чтобы каналы для трубок были на одном уровне с процессором: иначе пришлось бы гнуть трубки в трех измерениях, с риском их загубить. Впрочем, в конечном счете делать это все равно пришлось, но перепад высот получился небольшим - проблем не было. Все сопрягающиеся поверхности теплообменников (подошвы, стыки крышек и оснований) были профрезерованы, а затем дополнительно притерты друг к другу посредством пасты для притирки клапанов (спрашивать в автозапчастях). Оставалось только просверлить каналы для трубок - вот тут-то грабли и вылезли. Не знаю, заметно ли это на фотографиях - два крайних теплообменника немного ниже центрального. Произошло следующее: как я уже говорил, детали оконечных теплообменников вырезаны из разных кусков. Так вот, оказалось, что алюминий основы тверже, чем алюминий, из которого сделана крышка. И при попытке сверлить на стыке, сверло все время уводило по пути наименьшего сопротивления - в сторону более мягкого материала. Таким образом, свинченный из одинаковых пластин процессорный термоблок просверлился на ура, а вот с первым оконечным вышло недоразумение:

Каналы, долженствующие идти четко на стыке крышки и основания почти полностью оказались в крышке. Хуже того, я поначалу не разобрался, в чем дело и решил, что просто неровно зажал заготовку в тисках. И сходу запорол еще один теплообменник. Больше решил судьбу не искушать и поехал домой. Следующий день был заполнен невеселыми раздумьями на темы "что делать" и "кто виноват", наконец, истинная причина неудачи была вычислена. И из этого, увы, следовало, что от традиционной методики сверления каналов придется отказаться: другого материала для крышек у меня не было. После еще одного сеанса репочесания выход был найден: вспомнив конструкцию некоторых кулеров для видеокарт, трубки решил "оквадратить", а в основаниях термоблоков профрезеровать квадратного же сечения пазы. Таким образом крышки вообще не нуждались в дополнительной обработке: единственной их функцией было обеспечивать прижим трубок. Днем позже обкатал новую технологию на "выжившей" заготовке и проблем не обнаружил: фрезеровка заняла всего минут пятнадцать, а "квадратить" трубки я приноровился еще при сборке SilentMan'а. Прилегание трубок получилось идеальным: пазы умышленно сделал чуть более мелкими, чем нужно, оставалось только вставить трубки, наживить крышку и забить ее молотком до полного прилегания к основанию. При этом трубки вдавились в пазы так, что выковыривать пришлось с помощью отвертки.

Окрыленный успехом, взял два запоротых теплообменника, снял по 5мм алюминия с покалеченных сторон и повторил процедуру на них. Все прошло не менее гладко и я с чистой совестью поехал домой. И только там понял, что в запале напрочь забыл про фотоаппарат (как обычно, впрочем :)). Не теряя времени, заснял текущее состояние работ:

Утром следующего дня начал финальную подгонку всех деталей. Снова открутил большой радиатор, разметил на нем положение оконечных термоблоков и привинтил их. Затем вставил материнку и, сориентировавшись по сокету, изогнул оставшиеся четыре трубки. Получилась вот такая конструкция:

Следующим по плану шло крепление термоблока к процессору. С этим тоже проблем не возникло: четыре купленные в Чип&Дипе 25мм латунные стойки для плат пропустил через отверстия вокруг сокета и вкрутил в большой радиатор (кусок материнского поддона в этом месте был вырезан). К стойкам притягивалась винтами прижимающая термоблок планка: примерно как у 7000-го Залмана, только более жестко. Теперь можно было попробовать все это собрать и включить, чем я и занялся. Понимая, что окончательную подгонку тепловых трубок придется делать уже с установленным процессором, а также то, что Athlon XP с голым ядром этого издевательства скорее всего не переживет, решил подстраховаться. Вокруг ядра намазал бортик из "Поксипола" (холодная сварка) и выровнял его по поверхности ядра, придавив сверху куском оргстекла.

Через час, матюгаясь, стачивал лишнее шкуркой: оказалось, что вровень с ядром - слишком высоко, не обеспечивается нормальный прижим термоблока. Впрочем, первый блин, как известно, комом - тем более, что функцию свою бортик выполнил: трубки я подогнул успешно. Обеспечив нужное выступание ядра, собрал систему еще раз. На этот раз комп не ушел в шатдаун в течение первых пяти минут, как при первом запуске, и даже загрузил WinXP - но температура медленно и неотвратимо ползла вверх, пока минут через сорок не доползла до критических для этого процессора 85 градусов. Снова висим... Материнка, кстати, в этот момент показывала на 10 градусов больше, при том, что датчик подсокетный. Да здравствуют гигабайтовские попугаи - самые попугаистые попугаи в мире! :).

Пощупав большой радиатор и почесав репу, понял, что проблема в слишком хилой планке, прижимавшей термоблок к процу. Чтобы было понятно о чем я, стоит упомянуть еще одну, неочевидную, деталь конструкции: под сокетом, между материнкой и радиатором стоит дополнительный теплоотвод в виде бутерброда из алюминиевой пластины и самодельной терможвачки.

Это решение было подсмотрено у Numano, а затем и в конструктиве TNN500 (подозреваю, что залмановцы тоже подсмотрели у Numano :)): оно реально помогает сбить температуру в пассивных системах, но только если правильно работает. Упомянутая клипса же, хоть и прижимала нормально термоблок к процессору, обеспечить нормального прижима еще и бутерброда к радиатору уже не могла. А теплопроводности самого радиатора для равномерного прогрева явно не хватало - верхняя часть обжигала пальцы, в то время как нижняя была чуть теплой. Доработка не заняла много времени: одна диагональная дюралевая планка толщиной 3мм была заменена на две поперечных 6-миллиметровых.

От души затянув винты, снова включил комп. Ура! За те же 40 минут температура доползла до 77 градусов (гигабайтовских) и остановилась. Осмелев, запустил S&M, однако через полчаса снова пришлось давить reset. И это, увы, был предел возможностей конструкции - на этот раз все работало в штатном режиме и больше подкручивать было нечего. Оставалось только не очень эстетично выкручиваться, сбивая по одному - два градуса где только можно. Для этого приклеил "Радиалом" обрезок радиатора на процессорный термоблок и еще один, побольше - на правый оконечный (два других перекрывались блоком питания).

Результат не заставил себя ждать: за весь последующий двухчасовой погон S&M температура ни разу не вышла за 80 реальных градусов. Сделав скидку на самый разгар летней жары, результат счел удовлетворительным и перешел к окончательной доводке и сборке.

III. Последние штрихи.

Вынул все из корпуса, вырезал в его дне вентиляционное окно и забрал его сеткой, срезанной с заблаговременно купленного камазовского воздухофильтра. Сетку клеил на "Поксипол", который оказался не самым лучшим выбором - к металлу, даже зашкуренному грубой шкуркой, прилип хреново и периодически отклеивался. Пришлось усугубить суперклеем. Затем проделал те же манипуляции со срезанной ранее для удобства "крышей" корпуса и приклепал ее на место. Для успешной конвекционной вентиляции внутренностей стстемника не хватало только высоких ножек, которые были куплены на следующий день. Тогда же были добавлены финальные штрихи в виде установки X800Pro с трубками и радиатором...

...и наклеивания куда надо дополнительных радиаторов, призванных компенсировать элементам материнской платы отсутствие активного обдува. Радиатор северного моста переехал на южный, его место занял аналог процессорного Volcano-II, а мосфеты питания проца получили найденные в закромах обрезки чего-то неопознанного.

Последующее получасовое лазание по системнику с термощупом других источников нагрева не выявило, на чем я и успокоился. Последним встал на свое место БП: чтобы разойтись с высокими теплообменниками, его пришлось сдвинуть к внешней стенке, расширив окно в корпусе:

Закрыв корпус, долго гонял всякие тесты - к моей радости, система их успешно выдержала. Сходил за пивом, дабы обмыть, потом за добавкой... вечер был потерян :). На следующее утро вспомнил, что забыл закрепить винт и поставить на место вторую стенку корпуса. С первым разобрался быстро, хотя и не очень эстетично - склеив шумоизолирующую коробку из пенорезины.

А вот возня со стенкой чуть было не затянулась еще на неделю. В ней нужно было сделать вырез под радиатор и на последних сантиметрах реза у моего Ferm'а в очередной раз умерли подшипники :). Допиливал ножовочным полотном, получилось вполне неплохо. После этого стенка была прикручена, а весь системник - задвинут на свое законное место, в нишу компьютерного стола. Последнее было ошибкой: тут же выяснилось, что у пассивных систем тоже есть недостатки. В частности - требовательность к хорошей вентиляции окружающего пространства :). В тесной нише температура процессора снова поползла вверх - пришлось браться за лобзик и кромсать стол, вырезая вентиляционные окна. После этой операции комп был снова задвинут на место, где и проработал вполне успешно около месяца, радуя хозяина бесшумностью.

А потом снова пришлось разбирать. Случилось то, чего я давно ждал: появилась возможность прикупить меди. Естественно, я не мог ей не воспользоваться и уже на следующий день ехал на завод с обрезком медной шины шириной 6см и толщиной 6мм. Заменить решил процессорный теплосъемник и пластину, отводящую тепло с тыльной стороны материнки. Заодно, используя бОльшую ширину нового термоблока, внедрил туда лишнюю трубку. Получилось вот что:

Кстати, резиноподобная термопрокладка, изолирующая медную пластину от ножек сокета - ни что иное, как застывший термоклей "Радиал".

Седьмую трубку, почесав репу, изогнул и посадил на нее отдельный радиатор.

В принципе, мог бы этого и не делать: таким ходом я выиграл всего три градуса. Зато в целом, в результате всего комплекса мер, температура рухнула аж на 12! Вот тебе и медь vs алюминий... Больше дорабатывать было нечего: все работало как часы, да и температурный режим в конечном итоге получился вполне здоровый: 65 попугаев без нагрузки и 85 под S&M (для получения градусов отнимите по 10 от каждой цифры). На этом я и успокоился.

Вот фото готового продукта:

IV. Работа над ошибками.

Сейчас, переварив полученный опыт, прихожу к выводу, что если бы смог вернуться назад во времени и начать работу снова - все сделал бы по-другому :). Естественно, мне уже готовую систему перебирать смысла нет, но последователям, если таковые найдутся, думаю, эта информация поможет сразу сделать все по уму. Итак, основная моя ошибка - переоценка теплопроводных свойств алюминия, которые на деле оказались, мягко говоря, хреноватыми. Увы, от алюминия (в виде основного радиатора) нам никуда не деться, а значит выкрутиться можно только одним способом: использовать больше теплообменников (а значит и трубок) и равномерно распределять их по подошве радиатора. Для воплощения этой концепции в жизнь наилучшим образом подойдет корпус формата bigtower, в котором должна прекрасно собраться конструкция примерно такого типа:

Прошу прощения за корявый рисунок, но идея, надеюсь, понятна. Радиатор монтируется выше материнской платы, таким образом вся площадь его подошвы становится доступной.Термоблоки 1, 2 и 3 проходные: часть тепла отдают на радиатор, к которому прикручены подошвой, а часть передают по еще одной паре трубок дальше - на оконечные термоблоки 4, 5 и 6. В результате тепло равномерно распределяется по радиатору, за счет чего, по моим прикидкам, можно сбросить температуру градусов на десять от моего текущего результата.Теплообменники, разумеется, лучше делать из меди, но учитывая, что описываемая схема эффективнее моей нынешней, можно попробовать обойтись и алюминием. Особенно если не забывать про отвод тепла с тыльной стороны материнки - для этого, в данном варианте, можно приспособить ненужный процессорный радиатор. Еще один плюс такой модульной конструкции - возможность вместо одного большого радиатора использовать несколько штук меньшего размера, вроде того, что охлаждает мою видеокарту. Скажем, по одному на каждый термоблок или на каждую ветку. Скромные габариты компенсируются более развитым оребрением, а главное - такие радиаторы можно относительно свободно купить на любой радиобарахолке (в моем случае - Царицыно). Минусы, разумеется, тоже есть: понадобится в два раза больше тепловых трубок и термоблоков. Но результат, думаю, будет этого стоить.

02.10.2005
Mortis