Сколько тепла выделяет системный блок моего ПК.

Сколько тепла выделяет системный блок моего ПК ? Столько, сколько потребляет электроэнергии.
Если сложить паспортные и оценочные цифры для моей конфигурации:

Процессор AMD Athlon XP 3000+ ~ 65

Материнская плата DFI с nF4 ~ 20

Модули памяти DDR (2x1Gb) ~ 20

Видеокарта GF6600GT SP II ~ 60

Жесткий диск SATA 80 Гб ~ 7

Привод DVD – ROM ~ 5

Суммарная мощность компонентов – 177

Тепловые потери БП с КПД 0,9 – 18

Общий итог – 195

А реально? Из-за отсутствия амперметра реальное энергопотребление измерил с помощью квартирного электросчетчика (благо он у меня в квартире). На нем написано: 625 r = 1к W * h , т.е. 1кВт*час = 625 оборотов диска.
Следовательно если за Тсек секунд диск повернется на N оборотов, то
потребленная энергия [кВт*час]
Е = 1 * (N / 625)
а мощность [Вт]
P = E / Тчас * 1000 = (N / 625) / (Тсек / 3600) * 1000 = (N * 3600 / 625 / Tсек) * 1000

Выключил всю домашнюю технику кроме компьютера. Получилось в режиме простоя при включенном C"n"Q (Vcpu=1,1 235х5) получилось 10 оборотов за 700 сек. Призагрузке компьютера S & M 100% (235х9) 10 оборотов за 400 секунд.

По формуле получается потребляемая мощность в простое P ~ 82 Вт, а при 100% загрузке ~ 144 Вт.
Не так уж и много. Видимо паспортные цифры даются с запасом. Разгоню – измерю еще раз.

Измерил, насколько повышается температура воздуха при прохождении через мой компьютер.

Засасывается воздух в корпус только через низ лицевой панели, выбрасывается только через БП. Все остальные щели на корпусе заклеены бумажным скотчем.

На выхлоп работает только один 120мм вентилятор на дне БП на 600 об/мин (в воздуховоде от CPU к БП). Температура перед лицевой панелью 23 ºС.

CPU ~0, C ’ n ’ Q включен, Vcpu =1,08в, 235х5=1170Мгц), ΔΤ = 11 ºС.

По этим цифрам можно оценить реальную производительность вентилятора при 600 об/мин (по известной формуле ): V = 1,75 * P / ΔΤ = 1,75 * 82 / 11 ~ 13 CFM . Почти в 2 раза ниже паспортных данных. По-видимому, снижение производительности связано с сопротивлением тесению в корпусе и из-за поворотов и сужений канала в по которому идет воздух в БП. Ведь сечение струи в 120мм вентиляторе 113 кв.см, а дырка на задней стенке БП ~ 60 кв.см (от снятого 80мм вентилятора). Надо будет попробовать ее увеличить. Заодно и плату в БП развернуть радиаторами поближе к выхлопному отверстию.

Главное другое: производительности одного вентилятора 13 CFM при 600 об/мин хватит для теплоотвода от системы даже при полной загрузке процессора. При тепловыделении 144 Вт воздух на выходе должен нагреваться больше чем на ΔΤ = 1,75 * 144 / 13 = 19 ºС. А если при разгоне тепловыделение повысится до 200Вт, нагрев должен быть не больше чем на 27 ºС. Т.е. при входной температуре воздуха 25 ºС выходная будет не выше 52 ºС, что удовлетворяет температурным требованиям по любым компонентам компьютера.

Верной дорогой идете, товарищи!

… К ровь составляет примерно 7 процентов веса чело-века. Если человек весит 70 килограммов, то в его орга-низме около 5 литров крови.

… Д лина капилляров человеческого тела, вытянутых в одну ниточку, составляет примерно 100 тысяч километ-ров. Это более чем в 10 раз превышает расстояние от Москвы до Владивостока.

… Н е вся кровь одновременно циркулирует по сосу-дистой системе. Часть ее скапливается в печени, селе-зенке, костном мозгу, образуя своеобразные «депо», от-куда она периодически поступает в общее русло. Пере-ливание крови, которое делают при острой кровопотере, приносит эффект не только само по себе: оно помогает пустить в ход и резервы этих естественных кладовых организма.

… Д авление крови в сосудах различно. В артериях оно равно 80 – 120 мм ртутного столба, в венах – 50-100 мм. В капиллярах давление крови примерно 20 мм ртутного столба.

… Д ля сохранения постоянного числа кровяных кле-ток необходимо, чтобы организм человека ежедневно получал «пополнение» – более 300 миллиардов эритро-цитов и более 5 миллиардов лейкоцитов.

… Н и один орган человеческого тела не отличается таким трудолюбием, как сердце.

Вот как выражается его работа в цифрах. В минуту сердце делает в среднем 70 ударов, за сутки – свыше 100 тысяч, в год – 35,6 миллиона, а за 60 лет (считая это средней продолжительностью жизни) – 2 миллиарда 200 миллионов ударов. При каждом сокращении сердце выталкивает примерно 60 кубических сантиметров кро-ви; за минуту это составит примерно 4 литра, за сутки – 6 тонн, за год – 2200 тонн, за 60 лет – 130 тысяч тонн. Чтобы перевезти это количество крови в 50-тонных ци-стернах, потребовалось бы 2600 таких цистерн.

… Е сли бы силу сердечных сокращений можно было использовать для подъема тяжести, то за 20 дней серд-це подняло бы человека на вершину Кавказского хреб-та – Эльбрус.

… Н аивысшей температурой тела, которую еще мо-жет выдержать человек, следует считать 44 – 44,5 гра-дуса. В медицинской литературе сообщаются факты, что некоторым удалось пережить даже 45 градусов. Но та-кие случаи встречаются исключительно редко.

… Р азные участки нашего тела имеют различную температуру. Внутри печени она держится на уровне 36 – 38 градусов, во рту она около 37 градусов, а на ко-же пальцев ног и рук колеблется между 26 и 32 граду-сами.

… И нтересно отметить, что если подъем температуры тела сопровождается нередко ощущением озноба, холо-да, то замерзающий впадает в забытье, во время кото-рого ему кажется, что он очутился в сильно натопленной комнате, в жаркой пустыне, работает в горячем цеху и т. д. В полубессознательном состоянии замерзающий сбрасывает с себя валенки, верхнюю одежду и даже нижнее белье. Был случай, когда замерзший человек, обнаруженный в голом виде, стал поводом к возбужде-нию уголовного дела об ограблении и убийстве. Но сле-дователь и судьи вскоре установили, что замерзший разделся сам.

…К огда на морозе мы начинаем дрожать от холода, это значит, что наш организм, подобно автоматическому реле, включает защитные «приспособления», повышаю-щие температуру тела. Обычно мышцы используют для своей работы от 20 до 40 процентов химической энергии молекул пищевых веществ, например, глюкозы. Ос-тальная энергия переходит в тепло и частично использу-ется для поддержания температуры тела. Если мы на холоде не производим сокращение мышц, то образую-щегося в организме тепла становится недостаточно, что-бы согревать нас. Вот тогда мышцы и начинают сами непроизвольно сокращаться – дрожать, и образующее-ся при этой дрожи тепло восстанавливает и поддержива-ет нормальную температуру тела.

… Е сли бы наше тело вместо кожи было покрыто не-проницаемым для тепла футляром, подобным термосу, то уже через час температура тела поднялась бы при-мерно на полтора градуса, а часов через сорок достигла бы точки кипения. Взрослый человек, даже не произво-дя никакой работы, выделяет столько же тепла, сколь-ко 50-ваттная лампочка.

… Т епла, выделяемого человеком в сутки, даже в со-стоянии покоя, хватило бы для подогрева на один градус около трех тонн воды или кипячения двух ведер воды.

… В легких человека находится около трех миллионов легочных пузырьков. Если развернуть эти пузырьки, то они заняли бы площадь в сто квадратных метров.

…Каждую секунду на планете появляется два новых жителя. …Из всех месяцев больше всего новорожденные «лю-бят» январь, на который приходится десятая часть всех родившихся в течение года, и март, на который падает одиннадцатая часть годового числа рождений. …Рождение двойни приходится, примерно, на каждые 85 родов. Тройни появляются на свет намного реже – один случай на 7000…

… При каждом вдохе человек совершает значительную работу. Если бы ее можно было использовать, то энергии хватило бы, чтобы за одну ночь груз весом до 500 кило-граммов поднять на высоту второго этажа. … Установлено, что наибольшей чувствительностью обладает кончик языка. Далее следует ладонная поверх-ность пальцев, кончик носа, середина ладони и, наконец, средняя линия шеи и…

… Глаза никогда не мерзнут. Это потому, что они не имеют «точек холода» – нервных окончаний, чувстви-тельных к холоду. Наоборот, в кончиках пальцев рук, ног, кончике носа, в области поясницы «точек холода» очень много, поэтому эти места сильнее всего чувствуют холод. … Знаменитый американский философ и математик Чарльз Сандерс (1839 – 1914) до того хорошо…

… За 70 лет жизни человек выпивает и получает с пи-щей свыше 60 тысяч литров воды, съедает больше 11 ты-сяч килограммов углеводов, около 2,5 тысячи килограмма белков и почти столько же жиров. … Фраза на памятнике, украшавшем могилу 112-лет-него старика в древнем Риме: «Он ел и пил в меру». … Древние греки чрезвычайно ценили хорошее…

… Зеленым чаем встретят вас всюду, куда бы вы не пришли в Китае. Китайцам он заменяет значительно бо-лее крепкие напитки. Ни сахару, ни лимона, ни молока к чаю никогда не добавляют. Сортов зеленого чая в Ки-тае великое множество; в некоторые из них для аромата примешивают лепестки жасмина. … Тибетцы пьют кирпичный чай из плоских деревянных…

… По сохранившимся рукописным сведениям кофе был известен в Аравии и Персии еще в 875 году. … Сведения о кофейном дереве проникли в Европу в конце XVI века, а в 1573 году немецкий врач Раувольф сообщил об увиденной им кофейне в Алеппо. Первые мешки кофе были доставлены в Европу из Турции в 1615 году кораблями…

… В древней Индии воздержание от алкоголя счита-лось обязательным для всех сословий. Людей, уличен-ных в пьянстве, поили расплавленным серебром, свинцом или медью. … Карл Великий поступал с пьяницами следующим образом: в первый раз их наказывали в закрытом поме-щении, потом публично. Если же эти меры не помогали, пьяниц казнили. … В Англии в начале прошлого века…

Человеческое тело постоянно выделяет тепло. И этот процесс не зависит от от нашего желания, количества съеденной еды или состояния здоровье. И если в прохладную погоду люди этим теплом сами согреваются, то летом или в помещениях это тепло, можно сказать, расходуется в пустую. Но недавно начались первые эксперименты по использованию данной тепловой энергии.

Известно, что тело взрослого здорового человека с нормальной температурой в состоянии покоя выделяет тепло в эквиваленте 60 Вт/ч. Если он занимается легкой физической работой, например, пешей ходьбой, то это значение увеличивается до 100-120 Вт/ч. А спортсмены во время интенсивной тренировки прогревают окружающий воздух на 800-900 Вт/ч.

На обогрев непосредственно тела и его органов идет достаточно небольшая часть этого тепла – не более 50%. Остальное просто рассеивается в атмосфере, независимо от нашего желания. Наиболее рациональное применение этому теплу – нагрев воздушной прослойки под зимней одеждой или одеялом. В остальных случаях можно говорить о бесполезном расходе.

Поверхность человеческого тела выделяет тепло неравномерно и подключить к ней теплообменники весьма проблематично. Да и КПД такой системы будет оставлять желать лучшего, так как человек не может все время заниматься интенсивной физической работой. До недавнего времени воспользоваться теплом человека для хозяйственных нужд было проблематично.

Стокгольмский эксперимент

В настоящее время центральное здание Стокгольмского железнодорожного вокзала превращено в своеобразный экспериментальный полигон. Из основных залов убрали кондиционеры, стены оснастили слоем теплоизоляции, а дверные и оконные проемы сделали менее воздухопроницаемыми. Внутри системы вентиляции установили теплообменники и подключили их к системе теплоснабжения соседнего здания.

Ежесуточно через здание вокзала проходит около 250 тыс. человек, который выделяют до 25 МВт тепловой энергии. Большая ее часть в виде нагретого воздуха собирается в вентиляции и через теплообменники энергия передается на нагрев воды в системе отопления другого здания. Остывший, но насыщенный CO 2 воздух поступает наружу, а на его место закачивается свежий и пока еще прохладный с улицы.

Подсчитать эффективность работы такой системы проблематично, но по приблизительным оценкам она позволяет экономить до 25% энергии, расходуемой на отопление здания. При этом сооружение подобного нагревателя не требует особых капиталовложений, а установить его можно в самых разных местах скопления людей – в метро, в супермаркетах, в банках и т.д.

Комментарии:

Мощность измеряется в ваттах, а энергия – в ваттах, умноженных на единицу времени, например, час. Так, лампа мощностью 100 Вт, горящая в течение двух часов, рассеивает энергию 200 Вт·ч. В статье фигурирует несуществующая единица Вт/ч. Мощность, деленная на время не имеет физического смысла.
Не ясен смысл фразы “Ежесуточно через здание вокзала проходит около 250 тыс. человек, который выделяют до 25 МВт тепловой энергии”. В мегаваттах измеряется не энергия, а мощность. Если же имеется в виду энергия, выделяемая за сутки, то она должна измеряться в МВт·ч.

В физике для решения задач иногда применяется полунаучный «метод размерностей», когда зная размерность искомой величины, мы можем догадаться, что на что поделить, сложить, умножить, чтобы получить правильный ответ. Я решил взять размерность «энергия» и сравнить «яблоки с бананами», а именно человека как энергетическую систему с другими системами.

В чем измеряется, энергия?

Disclaimer: все вычисления могут быть не точны и главная цель показать порядок чисел.

Человек - потребитель энергии. 2 кВт*ч, 100 Вт

Человек в среднем потребляет около 2000 ккалорий в день, что дает около 2 кВт*ч или около 100 Ватт, средней мощности. Можно представить, что человек ест, как одна большая лампочка на накаливания на 100 Ватт.

Энергопотребление человека сравнительно небольшое по сравнению с приборами, которые нас окружают. Можно сказать, что человек произвел техническую революцию. Человек принимает «в себя» меньше энергии, чем он использует «для себя» даже только в домашних условиях (средний расчет больше 100 кВт*ч в месяц).

Человек - вычислительная машина. 30 Вт

Распространены оценки, что мозг съедает от 200 до 1000 Ккал (стрессовые ситуации), то есть от 20%-40% энергии, что дает оценку средней мощности 30 Вт.

Мозг - крайне эффективная система. Да современные ноутбуки производят операции гораздо лучше нас и средняя мощность находится около 30 Вт, а телефоны вообще 0.5-1 Вт. Зато современные видеокарты потребляют в среднем от 250 Вт и все равно не могут сравниться с мозгом по скорости и точности обработки визуальной информации. Так что, человек очень неплохой процессор, правда только для специфических задач.

Человек - аккумулятор. 10 кВт*ч

Говорят, человек может не есть 3-7 дней. Понятно, что не питаясь, человек начнет потреблять меньше энергии на внутренние и на внешние нужды. Можно положить, что съев двойную суточную норму, человек будет активен 2 дня (при наличии воды), что дает грубую оценку 10 кВт*ч.

Если посчитать, энергоемкость человека, то мы можем получить крайне разные цифры, вес людей, которые могут прожить N-е количество дней и произвести какую-то полезную работу, крайне разнится от 50 кг - 150 кг. Скорее всего, средняя энергоемкость равна 0.1 кВт*ч/кг, что не так и хорошо и не так плохо. Мы находимся между бензином (10 кВт*ч/кг) и Liion (0.1 кВт*ч/кг), ближе к аккумуляторам.

Человек - потребитель солнечной энергии. 1-2 солнечные панели

Сегодняшняя солнечная панель дает около 300 Ватт в пике, в умеренных широтах средний КИУМ до 20% (солнце светит только днем и слабо). Мы знаем, что человек недолговечный, но все-таки аккумулятор, поэтому в среднем 2 панелей достаточно, чтобы человек питался только солнцем.

Если отбросить условности и сделать небольшие прорывы в технологиях (использование дорогих элементов позволяет достигать до 40% КПД в панелях), человеку будет достаточно носить «солнечную одежду» для того, чтобы получать всю необходимую энергию.

Человек - обогреватель

Процитирую : в покое человеческое тело вырабатывает 80 ватт тепла, а теряет при этом за счет дыхания 10 ватт, теплового излучения - 30 ватт, теплопроводности и конвекции - 20 ватта, испарения влаги - 20 ватт.

Получается человек крайне «слабый» обогреватель. Домашние обогреватели потребляют по 1 кВт и они покрывают нужды на обогрев только частично. Подогрев воды и обогрев помещений в принципе является самым большим энергопотреблением домашнего хозяйства. Приведу свой годовой расклад:

Перемещение (транспорт, топливо): 8 000 кВт*ч за год.
- Электричество: 2 500 кВт*ч за год.
- Подогрев воды и обогрев: 30 000 кВт*ч за год.

Получается на средний ежедневный подогрев воды и обогрев уходит до 100 кВт*ч в день, что в 50 раз больше, чем человек в принципе потребляет.

Человек - средство передвижения (автомобиль, пешеход, велосипед)

Человек как активное живое существо может перемещаться в пространстве. Допустим человек может переместиться на 30 км за день пешком и на 120 км за день на велосипеде. Это не максимальные значения, конечно, спортсмены пробегают до 100 км и проезжают до 1000 км за день.

Попробуем сравнить человека как эффективную систему передвижения человека.

Автомобиль с ДВС тратит в среднем 5 л на 100 км, 1 литр = 10 кВт*ч, что дает 500 Втч на км
- Электромобиль - 150-200 Вт*ч на км
- Пешеход - 2 кВт*ч разделить на 10-50 км, 50-200 Вт*ч на км
- Медленный/маленький электромобиль - 50-100 Вт*ч на км
- Электровелосипед - 10 Вт*ч/км (средняя скорость 10-15 кмч)
- Велосипедист - 2 кВт*ч разделить на 100-1000 км, 2-20 Вт*ч на км

Знаете еще интересные совпадения - пишите в комментариях.
Спасибо за внимание.

При грамотном проектировании ПК, одним из важнейших этапов этой работы является расчет системы охлаждения компьютера и теплового режима его узлов. И не только при проектировании в проектных организациях, а и при их доработках, разгоне и моддинге в домашних условиях. Правда в последнем случае эти расчеты могут иметь меньшую точность. У меня иногда возникает ощущение, что китайские корпуса просчитываются с еще меньшей точностью, если вообще просчитываются. И если Вам необходим компьютер работающий при любой температуре, при разгоне его узлов или имеющий низкий уровень шума, необходимо уметь посчитать его тепловыделение и сделать хотя бы ориентировочный расчет его теплообмена, но с обязательной последующей проверкой эффективности после выполнения конструкции. Обращаю Ваше внимание на то что точные расчеты требуют большого объема работы и опыта.

Вступление.

Существует несколько подходов к расчету тепловыделения в корпусе компьютера, но здесь хочу остановиться на четырех. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.

По паспортным значениям потребляемой узлами мощности,

Достоинство: доступность, простота.
Недостатки: высокая погрешность и как результат, завышенные требования к системе охлаждение.

Просто пойти на сайт представляющий сервис для расчета тепловыделения (потребляемой мощности), выбрать нужные узлы и надеясь на современность их базы и правильность заложенных величин применить их результаты.

Достоинство: не надо искать данные, они должны присутствовать в базах предлагаемых сервисов.
Недостатки: базы не успевают за производителями узлов, часто они содержат недостоверные данные.
В статье мы не будем его рассматривать, для его выполнения надо только знать адрес ресурса и состав узлов Вашего компьютера и время.

По потребляемой узлами мощности с учетом коэффициента тепловыделения и типовой загрузки узлов,

Достоинство: более высокая точность (оптимальность).
Недостатки: необходим большой объем информации или опыт, знание характеристик узлов, режимов работы ПК.

По результатам экспериментальных измерений приборами потребляемой мощности и тестов компьютера. Тестирование можно выполнить хотя бы крайних значений, тепловыделение в режиме покоя и при полной загрузке

Достоинство: высокая точность величины для каждого типового режима работы.
Недостатки: необходимость проведения специальных исследований и измерений.

Расчет потребляемой ПК мощности, по паспортным значениям потребляемой мощности узлов

Когда возникает вопрос «Сколько тепла выделяет мой компьютер?», мы пытаемся первым делом найти данные о тепловыделении узлов которые стоят в корпусе Вашего ПК. Но таких данных нигде нет. Максимум что мы находим это потребляемые узлами токи по цепям питания 3,3; 5; 12 В. Да и то не всегда.

Эти значения токов потребления чаще всего имеют пиковые значения и предназначены скорее для выбора блока питания, чтобы исключить его перегрузку по току.

Поскольку все устройства внутри компьютера питаются постоянным током, то нет проблем для определения пиковой (именно пиковой) мощности потребления Вашим узлом. Для этого просто определяется сумма мощностей потребляемых по каждой линии, путем перемножения тока и напряжения потребляемых по цепи (Обращаю Ваше внимание, никакие коэффициенты для пересчета не применяются - постоянный ток.).

P сум = P 5v + P 12v = I 5v *U 5v + I 12v *U 12v

Как Вы понимаете это весьма приблизительная оценка, которая в реальной жизни почти никогда не выполняется, ведь не работают одновременно все узлы компьютера в пиковом режиме . Операционная система работает с узлами ПК по определенным алгоритмам. Информация читается - обрабатывается - записывается - какая-то ее часть выводится на средства контроля. Эти операции выполняются над пакетами данных.

В интернете имеется множество оценок именно величины пиковой мощности потребления взятой из характеристик узлов.

Те расчеты, которые сделаны 2-3 года назад, в принципе не соответствуют текущей ситуации. Потому что за эти годы производители модернизировали свои узлы что привело к снижению потребляемой ими мощности.

Последние данные приведены в таблице 1.

№ пп	Узел	Потребляемая мощность на узел, Вт	Пояснения
1	Процессор (CPU)	42 - 135	Точнее см. спецификацию Вашего процессора
2	Системная плата	15 - 100	Точнее см. публикации или выполняй расчет самостоятельно (зависит от ее спецификации)
3	Видеокарта	До 65	При питании от шины, точнее см. документацию
		До 140	С отдельным питанием, точнее см. документацию
4	Оперативная память	3 - 15	Зависит от емкости и рабочей частоты, точнее см. документацию
5	Жесткий диск, HDD	10 - 45
6	CD/DVD - RW	10 – 30	Зависит от режима работы, точнее см. спецификацию
7	FDD	5 – 10	Зависит от режима работы, точнее см. спецификацию
8	Звуковая карта	3 - 10	Зависит от режима работы, точнее см. спецификацию
9	Вентилятор	1 - 4,5	Точнее см. спецификацию
10	Сетевая карта/ встроенная	3 - 5	Точнее см. спецификацию
11	USB 2/USB 3 порт	2,5/5 (по некоторым данным более 10 Вт на порт USB3 )	На подключенный порт
12	СОМ, LPT, GAME порты	< 2	На каждый подключенный порт
13	Встроенная звуковая карта	< 5	При использовании пассивных колонок
14	Блок питания	P потр. макс + 30%	Выбирается после расчета потребления

Таблица 1.

Мы видим данные имеют очень широкий разброс, он определяется конкретной моделью Вашего узла. Узлы различных производителей, тем более произведенные в разное время имеют большой разброс потребляемой мощности. В принципе расчет вы можете сделать самостоятельно.

Расчет потребляемой ПК мощности выполняется в несколько этапов.

Сбор сведений о потребляемой узлом мощности,

Расчет общей потребляемой мощности и выбор БП,

Расчет суммарного потребления ПК (с учетом блока питания).

Составной частью расчета тепловыделения является расчет потребляемой компьютером мощности. Из которого определяется мощность блока питания, выбирается конкретная модель, после чего оценивается его тепловыделение. Поэтому выполняя тепловой расчет, приходится сначала собирать данные о потребляемой узлами компьютера мощности.

Но пока, даже потребляемая мощность не всегда приводится производителями узлов компьютера, иногда на табличке с параметрами приводится величина питающего напряжения и потребляемого тока по данному напряжению. Как уже говорилось выше, на постоянном токе, который применяется для питания узлов компьютера, произведение питающего напряжения на ток потребляемый по данному напряжению и говорит о потребляемой мощности.

Исходя из суммарной потребляемой мощности (приняв ее за мощность тепловыделения) можно выполнить предварительный или ориентировочный расчет системы охлаждения. Этот расчет обеспечит скорее избыточное охлаждения Вашего ПК, что в условиях большой его загрузки и соответственно максимального тепловыделения дает некоторое приближение к реальному тепловыделению и обеспечит нормальное охлаждение. Но когда ПК используется на обычных (не ресурсоемких) приложениях, рассчитанная таким образом система охлаждения явно избыточна, и обеспечивая нормальное функционирование узлов ПК, создает неудобства пользователю за счет повышенного уровня шума.

В первую очередь Вы должны знать, что потребляемая мощность и тепловыделение узлов имеют прямую связь.

Мощность тепловыделения электронных узлов не равна потребляемой мощности, но они связаны между собой через коэффициент потерь мощности узла.

Есть множество публикаций о том как выполнить этот расчет, в Интернет есть специальные сайты для этого расчета. Но до сих пор возникают вопросы при его выполнении.

А потому что не только мощность тепловыделения сложно найти у производителя, но и даже мощность потребляемая интересующим нас узлом не всегда известна. Возможно они просто боятся их приводить в связи с тем что их величина не непостоянна в процессе работы и существенно зависит от режима работы. Разница может достигать десять раз и иногда даже больше.

Похоже они не хотят перегружать пользователей «ненужной» информацией. Да и данных для производителей я пока не нашел.

Учитываем коэффициент тепловыделения.

Коэффициент полезного действия.

Мощность тепловыделения обычных физических устройств (вентиляторов, двигателей электрических и механических) определяется через понятие КПД. Которое определяется как отношение полезной мощности (мощности затраченной на выполнение полезной работы) к мощности потерь (мощность которая уходит на преодоление трения, нагрев, ...). Но понятие КПД неприемлемо для электронных узлов. Их полезная работа не измеряется в ваттах или джоулях. Эффективность их работы определяет скорее производительность, которая неоднозначно связана с потребляемой мощностью.Правильнее назвать его "Коэффициент тепловыделения".

Коэффициента тепловыделения.

Для узлов ПК - чипов, микросхем и других широко известное понятие КПД не подходит, потому что часто невозможно оценить полезную мощность. Для этого лучше использовать коэффициент потерь мощности, который характеризует долю потребляемой узлом мощности переходящей в тепло.

К т = P тепл /P потр

P тепл = P потр * К т

Здесь: P потр - мощность потребляемая узлом от источника питания, P тепл - мощность тепловыделения узла, К т - коэффициент тепловыделения.

Доля потребляемой мощности выводимая за пределы чипа в виде нужной нам информации незначительна, что и позволяет при грубых расчетах приравнять P тепл и P потр.

Мощности тепловыделения современных чипов определяется их загрузкой и характером работы.

Особенностью работы современных чипов процессоров и других микросхем является то что их TDP (мощность тепловыделения ) производителями получается простым умножением напряжения питания чипа на его ток потребления. В соответствии с изложенными выше причинами это значение можно использовать для расчетов их тепловыделения. Но, как уже говорилось выше, она существенно зависит от режима работы чипа.

Ниже, в таблице 2, приведены ориентировочные значения К т для различных узлов ПК.

№ пп	Узел	К т	Пояснения
1	Процессор, чип	0, 95 - 0,99	Мощность имеет тенденцию к росту
2	Инвертор (Встроенный источник питания)	0,72 - 0,89	Зависит от схемного решения и примененной элементной базы, с ростом мощности K T растет
3	Жесткий диск, HDD	0,95	Зависит от скорости привода, больше скорость - больше тепловыделение
4	CD/DVD - RW	0,8 - 0,95
5	FDD	0,8 - 0,95	Большее в режиме ожидания
6	Звуковая карта	0,5 - 0,85	Большее значение при малых P вых
7	Вентилятор	0,7 - 0,9	Осевой вентилятор
		0,15 - 0,7	Центробежный вентилятор
8	Блок питания	0,78 - 0,85	Зависит от схемного решения и примененной элементной базы, с ростом мощности K T растет

Таблица 2.

К т зависит от режима работы узла или его загрузки.

Системная плата как источник тепловыделения.

Для большинства не секрет, что системная плата обеспечивая работу узлов на ней установленных сама потребляет электроэнергию и выделяет тепло. Тепло выделяют северный и южный мосты чипсета, источники питания узлов компьютера, да и просто расположенные на ней компоненты электронных схем. Причем это тепловыделение тем больше чем производительнее Ваш компьютер. И даже в процессе работы тепловыделение меняется в зависимости от загруженности его узлов.

Наибольшее тепловыделение имеет чип северного моста, который обеспечивает работу процессора с шинами. И часто и работу с модулями память (в некоторых моделях современных процессоров эту функцию выполняют они сами). Поэтому их мощность тепловыделения может доходить от 20 до 30 Вт. Производитель обычно не указывает их тепловыделение, как вообще суммарное тепловыделение системной платы.

Косвенным признаком высокого тепловыделения является наличие инвертора для его питания в непосредственной близости от него и усиленной системы охлаждения (вентилятор, тепловые трубки). Не забывайте, питание и охлаждение должны обеспечивать нормальную работу чипсета при максимальной производительности.

Сейчас на одну фазу такого источника питания приходится до 35 Вт выходной мощности. Фаза источника питания имеет в своем составе пару транзисторов MOSFET, дроссель и один или несколько оксидных конденсаторов.

Современные модули быстродействующей памяти тоже имеют достаточно большое тепловыделение. Косвенным признаком этого является наличие отдельного источника питания и наличие дополнительного теплоотвода (металлических пластин) установленного на чипы памяти. Мощность тепловыделения модулей память зависит от его емкости и рабочей частоты. Она может достигать 10 - 15 Вт на модуль (или 1,5 - 2,5 Ватт на чип память находящийся на модуле в зависимости от производительности). Источник питания памяти рассеивает мощность 2 - 3 Вт на модуль памяти.

Процессор.

Современные процессоры имеют потребляемую мощность до 125 и даже 150 Вт (потребляемый ток доходит до 100 А), поэтому они питаются от отдельного источника питания содержащего до 24 фаз (ветвей) работающих на одну нагрузку. Мощность рассеиваемая источником питания процессора для таких процессоров доходит до 25 - 30 Вт. В документации на процессор часто указывается параметр TDP (thermal design power) характеризующий тепловыделение процессора

Видеокарта.

На современных системных платах нет дополнительных источников питания для видеокарт. Они располагаются на самих видеокартах поскольку их мощность существенно зависит от режима работы и применяемых графических процессоров. Видеокарты имеющие дополнительные источники питания (инверторы), питаются через дополнительный отвод БП напряжением +12 В.

Элементная база системной платы, как источник тепла.

В связи с ростом количества внешних устройств, растет и количество внешних портов, которые могут использоваться для подключения внешних устройств не имеющих собственных источников питания (например внешние HDD на USB портах). На один USB порт до 0,5 А, а таких портов может быть до 12. Поэтому на системной плате сейчас часто устанавливаются дополнительные источники питания для их обслуживания.

Нельзя забывать что тепло выделяет, в той или иной мере, все радиоэлементы установленные на системной плате. Это специализированные чипы, резисторы, диоды и даже конденсаторы. Почему даже? Потому что считается что на конденсаторах работающих на постоянном токе мощность не выделяется (если не считать незначительной мощности вызванной токами утечки). Но в реальной системной плате нет чистого постоянного тока - источники питания импульсные, нагрузки динамические и всегда присутствуют переменные токи в их цепях. И тогда начинает выделяться тепло мощность которого зависит от качества конденсаторов (величины ESR) и величины и частоты этих токов (их гармоник). А число фаз инверторного источника питания процессора достигло 24и нет предпосылок к их снижению на качественных системных платах.

Суммарная мощность тепловыделения системной платы (только ее одной!) может достигать в пике - 100Вт.

Тепловыделение встроенных на системной плате источников питания .

Дело в том что сейчас, с ростом мощности потребляемой узлами компьютера (видео карта, процессор, модули памяти, чип сеты северного и южного моста) их питание осуществляется от специальных источников питания расположенных на материнской плате. Эти источники представляют сбой многофазные (от 1 до 12 фаз) инверторы работающие от источника 5 - 12В и питающие заданным током (10 - 100 А) потребители при выходном напряжении 1 - 3В. Все эти источники имеют КПД порядка 72 - 89 % в зависимости от применяемой в них элементной базы. У разных производителей применяются разные методы отвода выделяющегося тепла. От простого отвода тепла на материнскую плату с помощью пайки транзисторов ключей MOSFET на печатный проводник на плате, до специальных охладителей на тепловых трубках с использованием специальных вентиляторов.

Встроенный источник питания представляет собой обычный инвертор, при многофазном включении это несколько (количество соответствует числу фаз) синхронизированных и сфазированных, работающих на одну нагрузку инверторов.

Пример оценки тепловыделения в цепочке "процессор - многофазный инвертор - блок питания".

Расчет мощности тепловыделения в цепочке "процессор - многофазный инвертор - блок питания"выполняют исходя из мощности конечного потребителя в цепочке "процессора".

Дело в том что сейчас, с ростом мощности потребляемой узлами компьютера (видео карта, процессор, модули памяти, чип сеты северного и южного моста) их питание осуществляется от специальных источников питания расположенных на материнской плате. Эти источники представляют сбой многофазные (от 1 до 12 фаз) инверторы работающие от источника 5 - 12В и питающие заданным током (10 - 100 А) потребители при выходном напряжении 1 - 3В. Все эти источники имеют КПД порядка 72 - 89 % в зависимости от применяемой в них элементной базы.
Встроенный источник питания представляет собой обычный инвертор, при многофазном включении это несколько (количество соответствует числу фаз) синхронизированных и сфазированных, работающих на одну нагрузку инверторов.
У разных производителей применяются разные методы отвода выделяющегося тепла. От простого отвода тепла на материнскую плату с помощью пайки транзисторов ключей MOSFET на печатный проводник на плате, до специальных охладителей на тепловых трубках с использованием специальных вентиляторов.
Примерный расчет тепловыделения по цепочке питания.

Рассмотрим эту цепочку.

Результатом рассмотрения будет ответ на вопрос: "Какая мощность выделяется на источнике питания устройства расположенного на системной плате?"

Возьмем для примера процессора AMD Phenom™ II X4 3200, который имеет потребляемую мощность в пике (TDP) – 125 Вт. Это, как уже писалось выше, с достаточно высокой точностью его тепловыделение.

Многофазный инвертор от которого питается указанный выше процессор, практически не зависимо от количества фаз, при КПД = 78% (обычно), выделяет тепла 27,5 Вт в пике.

Итого общее тепловыделение в цепи питания процессора AMD Phenom™ II X4 3200 и источника его питания (инвертор) в пике достигает 152,5 Вт.

Доля тепловыделения в БП приходящаяся на этот процессор составит (с учетом КПД БП) более 180 Вт в пике нагрузки процессора.

Для расчета доли мощности (тока) питания приходящегося на данную цепь для БП используется суммарная мощность - 152,5 Вт. Чтобы переводить данную мощность надо знать от каких напряжений питается данная цепь. А это зависит не столько от процессора и блока питания (БП), сколько от конструкции материнской платы. В случае если питание осуществляется от напряжения 12В рассчитывают по суммарной мощности потребляемой в данной цепи, переведя эту мощность в ток и получим, при напряжении цепи 12В, суммарный ток потребляемой от БП для цепи питания процессора равен - 12,7А.

Проверка эффективности системы охлаждения собранного вами компьютера.

Как уже говорилось выше, проверкой правильности выполненных Вами расчетов тепловыделения и выбора конструкции корпуса будет проверка ваших расчетов и эффективности выбранной Вами системы охлаждения.

Проверка заключается в контроле температуры узлов (основных) Вашего компьютера. Она не должна превышать максимальной температуры определенной их изготовителями. И даже иметь некоторый запас (на мой взгляд порядка 20°С). этот запас позволит обеспечить бесперебойную работу Вашего компьютера в критических условиях. Это могут быть запыленные воздушные фильтры, новые более ресурсоемкие приложения которые Вы установили на ПК и даже просто летняя жара.

Заключение.

Как Вы поняли, при современных тепловыделениях узлов, расчет потребляемой Вашим компьютером мощности, при его моддинге и самостоятельной сборке, надо делать всегда. Он нужен для выбора блока питания, одного из важнейших устройств компьютера, и в конечном счете оценки суммарной мощности потребляемой Вашим компьютером.

Полученную мощность потребления можно использовать как максимально возможную мощность тепловыделения, с учетом того что мощность тепловыделения всегда ниже потребляемой мощности.

Если у Вас достаточно опыта для определения круга задач выполняемых Вашим компьютером, загрузки его узлов и оценки их тепловыделения при работе, то Вы можете оценить его тепловыделение с точностью выше, чем та, которую дает расчет по потребляемой мощности.

Но пока невозможно, из-за широкой номенклатуры узлов и их производителей, с высокой точностью рассчитать мощность тепловыделения компьютера. Это возможно только при моделировании конкретного конструктивного решения и широкого комплекса измерений его характеристик, включая режимы тепловыделения и теплообмена. В производственных условиях эта процедура называется комплексом заводских испытаний.

Выходом для модерра или сборщика может быть:

измерение потребляемой мощности,

расчет по потребляемой мощность,

В последнем случае получаем избыточное тепловыделение, соответственно избыточный воздухообмен. Для его оптимизации рекомендую применять электронных регуляторов числа оборотов вентиляторов. Это позволит снять избыточность воздухообмена и снизить уровень шума системы вентиляции.

Применение регуляторов оборотов вентиляторов охлаждения с мониторингом скорости вращения и температур, кроме прямой функции регулирования расхода воздуха через охлаждаемые объекты, позволяет еще и создать мониторинг температур по критическим точкам Вашего компьютера.

P.S.

И последнее, поскольку обеспечить, в таком широком диапазоне тепловыделения, устойчивую работу систем охлаждения затруднительно, я бы рекомендовал на постоянной основе ввести в конфигурацию Вашего компьютера контроллер мониторинга и управления вентиляторами . Это обеспечит примерно 3х кратную регулировку расхода воздуха через охлаждаемые узлы и мониторинг температур в критических точках.

Литература.

Измерение мощности, Г.П. Манин, М-Л, Энергия, 1965

Измерение энергопотребления компьютеров, Олег Артамонов, http://www.fcenter.ru/online.shtml?articles/hardware/tower/6484 , 28.04.2003

октябрь 2008 года.