Zapomnij wszystko, co wiesz o chłodzeniu komputera! Jak konfiguracja wentylatorów wpływa na efektywność chłodzenia?

Wybierając części do naszego nowego komputera, najczęściej skupiamy swoją uwagę na karcie graficznej czy procesorze. Chcemy by te elementy były jak najwydajniejsze. Jednak w przypadku obudów przez lata w głównej mierze kierowaliśmy się budżetem bądź wyglądem. Chcąc zaoszczędzić, często wybieraliśmy najtańsze konstrukcje dostępne w sklepach. Oczywiście nie mogło w nich zabraknąć podświetlenia czy szklanych paneli, jednak kto by się przejmował przepływem powietrza. Co się jednak zmieniło? Coraz gorętsze podzespoły zaczęły poniekąd wymagać wydajniejszych metod chłodzenia. Szybko się okazało, że zarówno konstrukcja obudowy, jak i lokalizacja wentylatorów mogą poważnie wpłynąć na osiągane temperatury czy nawet wydajność naszej jednostki.

Jak zatem skutecznie schłodzić komponenty wewnątrz naszej jednostki? Wydawać by się mogło, że jest to proste pytanie, na które odpowiedź będzie w stanie udzielić niemal każdy użytkownik pecetów, a tym bardziej overclocker czy entuzjasta komputerów. Jednak czy tak jest naprawdę? Zagłębiając się w temat stwierdzimy, że jest to zagadnienie bardziej skomplikowane, niż ci się wydaje. Czy mimo iż na rynku znajdziemy różne układy obudowy, typy wentylatorów czy systemy chłodzenia można kierować się tymi samymi zasadami w każdym przypadku? Postanowiłem się przekonać. W tym celu przedstawię wam w tym artykule nie tylko teorię związaną z przepływem powietrza w obudowie, ale na końcu przeprowadzę testy porównawcze, byśmy poznali finalną odpowiedź na nasze pytanie.

Jak działają wentylatory? 

Zanim zaczniemy omawiać układy obudów, cofnijmy się o kilka kroków. Wpierw musimy zrozumieć, jak działają wentylatory oraz jaki mają wpływ na przepływ powietrza? Postaram się udzielić odpowiedzi nie tylko na te pytania, ale także omówić takie zagadnienia, jak dodatnie, ujemne i neutralne ciśnienie powietrza w naszej obudowie i jaki ma to wpływ na naszego PC. 

Jak widać na powyższym zdjęciu, istnieje kilka różnych wzorów i rozmiarów wentylatorów. Wszystkie działają inaczej. Skąd zatem wiemy, który z nich faktycznie zapewnia większy przepływ powietrza? Zwłaszcza że producenci często operują na różnych statystykach czy jednostkach. Jaka zatem jest różnica między przepływem a ciśnieniem? 

W pierwszym przypadku mówimy tu tak naprawdę o ilości pompowanego powietrza przez wentylator. Wartość ta jest często wyrażana w stopach sześciennych na minutę (CFM). Jedną z głównych i najprostszych rzeczy, o których ludzie często zapominają, jest fakt, że im większy rozmiar wentylatora, tym większy przepływ powietrza. Oczywiście mówimy o idealnych warunkach, w których łopatki wirnika pracowałyby z tą samą prędkością. Jednak w przypadku komputerów ta zasada ma trochę inne zastosowanie. Aby dwa wentylatory przepuszczały tę samą ilość powietrza, zaletą większego będzie to, że ten po prostu może pracować wolniej generując mniej hałasu. 

Jak łatwo można się domyślić z powyższego przykładu, by zwiększyć wydajność wentylatora, wystarczy podnieść jego prędkość. Przeważnie w specyfikacji podawanych przez producenta ta mierzona jest w obrotach na minutę (RPM). Jeśli zatem masz dwa wentylatory tego samego rozmiaru, to ten, który ma większą prędkość, przynajmniej teoretycznie, przepuści więcej powietrza.

Ostatnim kluczowym parametrem do omówienia jest ciśnienie statyczne wytwarzane przez wentylator. To w głównej mierze zależy od konstrukcji i prędkości obrotowej wirnika. Im wyższy jest ten wskaźnik, tym lepiej wentylator pracuje w warunkach dużego oporu. Co to oznacza? Jak łatwo się można domyślić każda przeszkoda na drodze powietrza ogranicza jego przepływ. Chłodnice, filtry przeciwkurzowe czy nawet perforowane panele w naszej obudowie mogą okazać się zaporą nie do pokonania, a powietrze tłoczone przez wentylator się po prostu od nich odbije, gdy ten będzie generował zbyt małe ciśnienie. 

Kluczową rolę zarówno w przepływie, jak i przy generowaniu ciśnienia ma konstrukcja łopatek wirnika. Tutaj jednak dużo zależy od samego producenta wentylatora. Wielkie łopatki, nachodzące na siebie są w stanie wygenerować dużo wyższe ciśnienie, jednak kosztem przepływu powietrza oraz poziomem generowanego hałasu. Nikt nie chce, by jego komputer pracował jak wielki klimatyzator, dlatego stosuje się pewne kompromisy. Producenci przeważnie instalują większą ilość mniejszych łopatek. Te dodatkowo mogą być specjalnie profilowane nie tylko w celu zwiększenia przepływy czy ciśnienia, ale zniwelowania szumu powietrza. W niektórych przypadkach zapada decyzja również o zmianie wymiarów. Choć standardowy wentylator stosowany w PC ma grubość wynoszącą 25 milimetrów, to coraz częściej spotkamy się z konstrukcjami 28 czy nawet 30-milimetrowymi.

Kończąc temat wentylatorów, warto też wspomnieć, iż najważniejsze jest, byśmy pamiętali również o odpowiednim ich zamontowaniu. Mowa oczywiście o odpowiednim dobraniu kierunku. Skąd jednak wiadomo, w którą stronę faktycznie działa wentylator? Gdzie jest jego przód, a gdzie tył? Wraz z pojawieniem się odwróconych konstrukcji (z ang. reverse) odpowiedź na to pytanie nie jest tak prosta. Najłatwiejszym sposobem na identyfikacje jest umieszczona na obudowie informacja w postaci strzałek. Te informują nas zarówno o kierunku obrotu wirnika, jak i tłoczenia powietrza.

Obudowa ma znacznie

Obecnie większość sprzedawanych obudów charakteryzują się ciekawym designem. Dlatego nie chowamy ich już pod stołem, a wręcz przeciwnie, stawiamy je w widocznym miejscu, aby podziwiać wygląd naszego systemu. Jednak wybierając obudowę wyłącznie przez pryzmat wyglądu, możemy popełnić błędy, które prowadzą do najróżniejszych problemów w tym przegrzewania się naszego zestawu. 

Obecnie na rynku możemy wyróżnić trzy typy konstrukcji obudów dla PC wpływających na przepływ powietrza. Każda ma swoje wady i zalety.

• Klasyczna, czyli konstrukcje typu tower. Niemal niezmienna forma od ponad 20 lat. Mowa oczywiście o standardowym layoucie ATX. Zasilacz w tym przypadku jest przeważnie instalowany na dole często w wydzielonej piwnicy. Pozwala mu to na dostęp do świeżego powietrza z zewnątrz. Dobrym Przykładem może być tutaj ENDORFY Arx 500.

• Dwukomorowa, często nazywana akwarium (z angielskiego fish tank). Przezwisko jest związane z wyglądem obudowy. Ta często posiada dwa panele szklane połączone se sobą sfazowaną bądź nachodząca krawędzią. Zasilacz często umieszczany jest za tacką płyty głównej w osobnej komorze. Tam też przeważnie instalowane są nasze napędy. Chyba najsłynniejszym przykładem jest tutaj O11 Dynamic od Lian LI, choć na naszym rodzimym rynku znajdziemy podobne rozwiązania jak niestety niedostępna już konstrukcja Anta od KRUX.

• Konstrukcje otwarte typu OpenFrame. Tak naprawdę trudno je nazwać nawet obudowami. Można powiedzieć, że jest to tak naprawdę wyłącznie szkielet umożliwiający instalacje podstawowych podzespołów. Można powiedzieć, że przepływ powietrza w tym przypadku nie istnieje.

Wiadomo, można by podzielić obudowy na inne kategorie np. przez pryzmat wielkości. Osobną grupą byłyby na pewno w tym przypadku konstrukcje SFF, przeznaczone dla płyt głównych ITX czy największe Full Towery. Skupmy się jednak na tych najpopularniejszych rozwiązaniach oraz jaki wpływ mają na chłodzenie naszych podzespołów.

Zacznijmy od podstaw, jak łatwo się można domyślić, szklane panele nie najlepiej przepuszczają powietrze do wnętrza naszej obudowy. Na szczęście obecnie niemal całkowicie zniknęły z rynku konstrukcje, które potrafiły mieć zainstalowane wentylatory zaraz za taflą szkła. Te często posiadały podświetlenie RGB, które miało przyciągnąć naszą uwagę. Oczywiście z racji na brak dostępu do świeżego powietrza, taka konstrukcja zmieniała się w piekarnik dla naszych podzespołów i to nawet w przypadku gdy nie instalowaliśmy najwydajniejszych modeli procesora czy karty graficznej.

Obecnie można powiedzieć, że większość producentów obudów skupia się właśnie na konstrukcjach zapewniających odpowiedni przepływ powietrza. Często stanowi to kluczowy aspekt marketingowy podkreślany nawet w nazwie produktu. Dobrym przykładem są tutaj takie obudowy jak ENDORFY z serii Air, Corsair Airflow czy NZXT FLOW.

A co z dwukomorowymi konstrukcjami? Skoro zarówno boczny panel, jak i przedni zostały wykonane ze szkła, to jak poradzono sobie z zapewnieniem odpowiedniego przepływu powietrza? W tym przypadku spotkamy dwa rozwiązania. Wentylowy zasysające możemy umieścić albo na dole konstrukcji, z racji, iż zasilacz został przeniesiony na tył. Z kolei w innych modelach dano możliwość montażu na bocznej ścianie obok naszej płyty głównej, choć nie jest to najlepsze rozwiązanie, o czym powiem trochę później.

Oczywiście dbając o odpowiedni przepływ powietrza, powinniśmy pamiętać, że wszystko, co stoi na jego drodze, w jakiś stopniu je ogranicza. Dlatego ważne jest, by nie tylko nie zapomnieć od odpowiednim ułożeniu wentylatorów. Odpowiedni cable managment również będzie miał duże znaczenie. Dodatkowo przy komputerze nie powinno się palić czy nawet wapować. Opary z e-papierosów są równie szkodliwe dla elektroniki co dym nikotynowy dla naszego zdrowia.

Kurz to twój najgroźniejszy wróg. Co powoduje podciśnienie, nadciśnie w naszej obudowie?

Jak zadbać o to, aby kurz nie gromadził się w naszej obudowie? Pierwszą podstawową rzeczą, choć pewnie nie chciałbyś o niej słyszeć, to regularne odkurzanie swojego domu. Kolejną dobrą radą jest nietrzymanie swojego PC na podłodze. Można jeszcze sprawdzić, ile wentylatorów jest w obudowie, jak są umiejscowione i czy przed nimi znajdują się filtry przeciwkurzowe. Oczywiście pamiętamy o ich regularnym czyszczeniu. Ok, to podstawy, jednak czemu w przypadku niektórych komputerów kurz i tak będzie gromadził się w środku? Musimy porozmawiać o dodatnim, ujemnym i neutralnym ciśnieniu powietrza wewnątrz obudowy. Dlaczego to jest takie ważne i co to właściwie oznacza?

Nadciśnienie w obudowie wygenerujemy, gdy wkładamy do niej więcej powietrza, niż z niej wypływa. Jeśli nasz komputer ma np. trzy wentylatory wlotowe umieszczone na froncie, ale tylko jeden wyciągający powietrze na zewnątrz, wówczas w obudowie panuje dodatnie ciśnienie powietrza. Analogicznie podciśnienie w naszej obudowie powstanie w odwrotnym przypadku. Przykładem może być tutaj konfiguracja z trzema wentylatorami umieszczonymi na topie oraz jednym na tylnym panelu, a tylko dwoma z przodu naszego komputera. Ostatni wariant to ciśnienie neutralne. Jak łatwo się możemy domyślić, oznacza o, że ​​tyle samo powietrza wchodzi, co wychodzi z naszego komputera. Każdy z tych układów ma kilka zalet i wad, a niektóre obudowy komputerów PC mogą faworyzować nawet konkretny układ. 

Zarówno w przypadku podciśnienia, jak i nadciśnienia może pojawić się nadmierne gromadzenie kurzu. W pierwszym przypadku powietrze do naszej obudowy będzie próbowało dostać się do środka naszego PC każdym możliwym otworem, także tymi niefiltrowanymi, ponieważ sami nie dostarczamy go w odpowiedniej ilości. W drugim przypadku po prostu zasysamy większe ilości powietrza do naszego PC, a to po prostu niesie ze sobą drobinki kurzu. O ile posiadamy filtry przeciwkurzowe, nie powinno to stanowić większego problemu. Jednak z racji na małą ilość wentylatorów wyciągających, z czasem kurz i tak po prostu opadnie wewnątrz naszego PC. Dlatego właśnie to neutralny układ jest najczęściej tym optymalnym. 

W czym jednak przeszkadza nam kurz? Czy poza aspektem wizualnym wpływa na coś jeszcze? Odpowiadając w dużym skrócie, tak. Im więcej kurzu znajduje się wewnątrz obudowy, tym gorsza wydajność chłodzenia. Ten przecież z czasem zacznie gromadzić się wszędzie, w tym pomiędzy finami naszych układów chłodzenia. Ta dodatkowa warstwa przeszkadza w odpowiednim schładzaniu podzespołów, ponieważ zaczyna działać jako dodatkowa izolacja. Dlatego powinno zależeć Ci na jak najmniejszej ilości kurzu w twojej obudowie. 

Pójdźmy o krok dalej. Jest jeszcze kilka innych rzeczy na temat przepływu powietrza, o których powinieneś wiedzieć. Obecnie, konwencjonalny układ obudowy komputera PC polega na tym, że powietrze wchodzi z przodu, a następnie tłoczone jest przez obudowę, a następnie wychodzi z tyłu i od góry. Podstawy tego poznaliśmy już w szkole, na lekcjach fizyki. Po prostu gorące powietrze naturalnie się unosi. Musimy też pamiętać by droga, którą pokonuje, była jak najprostsza. Nie jest łatwo zmienić kierunek powietrza. 

Gdy próbujemy, często pojawią się różnego rodzaju turbulencje czy zawirowania, które nie sprzyjają optymalnemu chłodzeniu. Dlatego chcąc uzyskać jak najlepszy przepływ powietrza pamiętajmy by ten miał jak najmniej zakrętów. Spójrzcie na konstruktorów samochodów sportowych, czy nawet F1. Wszyscy inżynierowie starają się uzyskać jak najbardziej płynny przepływ powietrza. Wiecie już, czemu wspominałem, że wentylatory umieszczone na bocznej ścianie nie są wcale tak optymalnym rozwiązaniem? Z tego względu niektórzy producenci zaczęli dodawać dodatkowe panele umieszczone pod skosem czy nawet zaginać szkło w narożnikach.

Pamiętajcie też, że w łatwy sposób możemy wyregulować zarówno przepływ powietrza w naszej obudowie, jak i ciśnienie wewnątrz. Wystarczy, po prostu dostroić pracę wentylatorów, odpowiednio zwiększając bądź zmniejszając ich prędkość, w zależności gdzie są zamontowane i jaki rezultat chcemy uzyskać.

Który, układ wentylatorów jest optymalny?

Poznaliśmy dość szeroko teorię, pora zatem sprawdzić, jakie odzwierciedlenie ma ona w praktyce. Czy zmieniając układ wentylatorów, wpłyniemy w jakimś stopniu na temperatury naszych podzespołów? W tym celu postanowiłem przetestować kilka konfiguracji. Zacznijmy od omówienia platformy testowej. Ta jest wam zapewne znana, gdyż wykorzystuję ją stale do testów kart graficznych na naszym portalu. Wyzwanie nie będzie łatwe, ponieważ procesor to 16-rdzeniowy Ryzen 9 7950X. Nie jest to na pewno zimny układ.

Ten na potrzeby testu został wyposażony w chłodzenie od ENDORFY – Fortis 5 DUAL. Jest to wydajna i bardzo cicha jednostka. Dzięki zastosowaniu chłodzenia powietrznego powinniśmy być w stanie szybciej zaobserwować wpływ konfiguracji wentylatorów na osiągane temperatury. Karta graficzna to Zotac RTX 4070 TI, która, jak wspominałem podczas porównania obudów Arx, jest niezwykle gorącą konstrukcją, jeżeli nie zapewnimy jej odpowiedniego przepływu powietrza. Całość na potrzeby przeprowadzenia testu została umieszczona w obudowie ENDORFY Arx 700 ARGB.

Platforma testowa:

• PROCESOR: AMD Ryzen 9 7950X
• PŁYTA GŁÓWNA: ASRorck X670E Taichi
• RAM: Lexar Ares DDR5 6000 Mhz CL30
• KARTA GRAFICZNA: Zotac RTX 4070 Ti
• DYSK: Lexar NM800 PRO 1 TB
• ZASILACZ: ENDORFY Supremo FM5
• OBUDOWA: ENDORFY Arx 700 ARGB

Wszystkie testy zostały przeprowadzone trzykrotnie, a na wykresach prezentowane są wartości uśrednione. Procesor, jak i karta graficzna były poddawane testom obciążającym je w 100% przez czas 15 minut. 

Postanowiłem porównać następujące ustawienia wentylatorów:

• Konfiguracja standardowa z czteroma wentylatorami (3 z przodu i 1 z tyłu). Domyślnie obudowa ENDORFY Arx 700 posiada zainstalowane jednostki Stratus o średnicy 140 mm. Uzyskany rezultat będziemy traktować jako punkt odniesienia do pozostałych prób.
• Zero wentylatorów. Z obudowy zostały zdemontowane wszystkie wentylatory. Pozostały jedynie te zamontowane na chłodzeniu procesora, karty graficznej czy zasilaczu.
• Konfiguracja optymalna. Zmieniamy jednostki Stratus na wydajniejsze Fluctus od ENDORFY. Na froncie dalej znajdują się trzy 140 mm wentylatory. Dodatkowy, o takiej samej średnicy, został zainstalowany na tylnym panelu. Co więcej, na topie umieściłem trzy dodatkowe 120 mm wentylatory Fluctus, które mają wyciągać ciepłe powietrze z obudowy.
• Pozytywne ciśnienie. Wszystkie 7 wentylatorów umieszczonych na obudowie zasysa powietrze do wewnątrz.
• Negatywne ciśnienie. Sytuacja odwrotna do opisanej powyżej. Wszystkie 7 wentylatorów wysysa powietrze z obudowy
• Odwrócona klasyczna konfiguracja. Wentylatory umieszczone na górze, jak i z tyłu obudowy zasysają świeże powietrze, które opuszcza obudowę frontem.

Co więcej obudowa ENDORFY Arx 700 ARGB umożliwia instalacje dodatkowego wentylatora na obudowie zasilacza. Jego zdaniem jest tłoczenie powietrza na kartę graficzną. Postanowiłem też sprawdzić wpływ tego rozwiązania na osiągane temperatury.

Podobnie jak w przypadku zbiorczego testu AIO, postanowiłem na wykresie nie tylko umieścić średnią wartość odczytanej temperatury, ale także porównać taktowanie. Jak wiemy jednostki Ryzen dzięki trybom boost w odpowiednich warunkach są w stanie osiągnąć dużo lepsze rezultaty, co przekłada się na wydajność systemu. Podobne zachowują się karty od NVIDII, w których to taktowanie rdzenia jest w głównej mierze zależne od limitów mocy, jak i właśnie temperatury. 

W pierwszej kolejności omówmy rezultaty osiągnięte przez procesor. Jak widać różnica w średnim taktowaniu pomiędzy najgorszym a najlepszym rezultatem może wynosić nawet 150 MHz. W przypadku odczytywanych temperatur różnice są dużo mniejsze, jednak pamiętajmy, że jednostki Ryzen 7000 zostały tak zoptymalizowane, by dążyły do osiągania stale wysokiej temperatury pod obciążeniem. Dla tych układów 95°C nie jest niczym obcym. Dlatego tym bardziej uzyskane rezultaty są zadowalające. 

Spoglądając na wykres można być lekko zdziwionym. Najlepszy rezultat wcale nie został osiągnięty w teoretycznie optymalnym wariancie, a gdy generujemy nadciśnienie w obudowie. Cóż, jak wspominałem, są konstrukcje, które faworyzują taki układ. Wyniki możemy bardzo łatwo wyjaśnić. W testach przecież wykorzystaliśmy Fortisa 5. Za dostarczanie zimnego powietrza do tej jednostki odpowiadały zatem aż 4 dodatkowe wentylatory zamontowane na górze i z tyłu konstrukcji. Co więcej, powietrze nie było od razu wypompowywane, jak ma to miejsce w przypadku odwróconego obiegu. Mała różnica pomiędzy wszystkimi testowanymi wariantami udowadnia mam jeszcze jedno. Jak dobrze przemyślaną pod kątem przepływu powietrza jest obudowa od ENDROFY Arx 700.

A jak wyglądają temperatury osiągane przez kartę graficzną? Czy w tym przypadku zaobserwujemy różnice wynikające z konfiguracji wentylatorów?

Jak łatwo się można było domyślić, zainstalowanie dodatkowego wentylatora wiejącego bezpośrednio na nasze GPU daje najlepsze rezultaty. Łatwo zauważymy, że zarówno pod względem taktowania rdzenia, jak i osiąganych temperatury wyniki w tym przypadku są najlepsze. Kolejne miejsca zajmują dwie konfiguracje zapewniające neutralne ciśnienie powietrza, delikatnie wyprzedzając konfigurację domyślną. Nawet w pozbawionej wentylatorów obudowie, karta nie throttlinguje, utrzymując zegar Boost powyżej wartości bazowej. 

Po raz kolejny duża zaleta tutaj konstrukcji od ENDORFY – Arx 700, w której panele nie limitują dostępu zimnego powietrza zewnątrz. Zarówno odsłonięty siatką mesh front, jak i top obudowy Arx 700 pod tym względem są optymalnym rozwiązaniem. Niestety nie każdy model dostępny na rynku zapewnia podobne rezultaty. Mam jednak nadzieje, że dzięki temu poradnikowi będziecie w stanie poprawić wentylacje swojego komputera. Dzięki temu nie tylko poprawisz swoją wydajność, ale także przedłużysz życie swojej jednostki.