Відразу слід зазначити, що далі мова піде про повітряне охолодження жорсткого диска. Найбільш дешевий і найпоширенішому.

Сьогодні в Інтернеті можна знайти величезну кількість матеріалів, присвячених проблемам повітряного охолодження жорстких дисків і придушення виробленого ними шуму. Знайти можна практично все крім послідовного систематизованого підходу до вирішення цієї проблеми.

І вирішується вона по-різному:

• одні вважають, що головне - охолодити і обважують весь вінчестер радіаторами, оточують найпотужнішими виючими і ревучими вентиляторами, а шум вважається побічним явищем, не заслуговує на увагу;
• інших дратує подібний шум, і вони намагаються кожен по своєму боротися з ним, причому нерідко на шкоду охолодження;
• а багато і зовсім не уявляють наслідків перегріву і не звертають уваги ні на позамежні температури, ні, тим більше, на шум.

Чому так?

Справа, швидше за все в тому, що мало хто в достатньому обсязі знайомий з шляхами вирішення проблем як ефективного охолодження і придушення шуму виробленого жорстким диском (та й комп'ютерною системою в цілому).

Такий стан справ і зумовили створення даної статті. Основна мета її - надати посильну допомогу в з'ясуванні, осмисленні та систематизації загальних принципів і шляхів комплексного вирішення проблем, як охолодження жорсткого диска, так і придушення виробленого ним шуму.

У даній статті:

• по можливості коротко, популярно або навіть зовсім аксіоматично викладені відомості і мінімальні основи, необхідні для розуміння розглянутого матеріалу і підходів до вибору конкретних конструктивних рішень;
• приведена спроба не тільки аналізу і класифікації методів і способів повітряного охолодження жорсткого диска і зниження виробленого ним шуму, але і аналізу ефективності рішень використовуваних в типових пристроях охолодження і зниження шуму жорстких дисків;
• показаний приклад комплексного підходу до вирішення проблеми охолодження і зниження шуму жорсткого диска, як при виборі конкретного готового пристрою, так і при практичній розробці та виготовленні саморобної конструкції.

Хочеться сподіватися, що стаття буде корисною всім бажаючим отримати найбільш збалансоване рішення по охолодженню жорсткого диска, яка провадить мінімум шуму і не допускає перегріву диска навіть при екстремальних умовах експлуатації і навантаженнях. Причому як тим, хто орієнтується на готове рішення, так і тим, хто для найбільш ефективного вирішення завдань по даній темі готовий проявити кмітливість в доопрацюванні готових рішень, змайструвати щось своє.

Примітки

Багато використовувані в статті терміни в даний час мають досить багато тлумачень. Тому в таких випадках будемо особливо обумовлювати їх зміст та суть, використовувані в статті.

Для акцентування уваги читачів використовуються наступні знаки:

Жорсткий диск нагрівається як елементами електроніки, так і елементами електромеханіки. Причому більше тепла виділяють, мабуть, елементи механіки, наприклад, такі як котушка позиционера в банку з механікою (гермоблоке) або електродвигун. Електроніка тепла виділяє менше, але окремі мікросхеми через малі розміри зазвичай розігріваються до більшої температури, ніж гермоблок.

Від підвищених температур повільно деградують не тільки електронні компоненти контролера або поверхню пластин, скільки елементи механіки. Термін служби жорсткого диска скорочується. Підвищена температура згубно діє на підшипники, місця з'єднання рухомих частин і, особливо, на головки читання-запису. Дуже ж сильне нагрівання може призвести до негайного відмови жорсткого диска.

А які ж повинні бути робочі температури?

Думок тут багато, але багато сходяться до того, що з точки зору терміну служби жорсткого диска оптимальною температурою банки можна вважати (35 ... 45) ° С, а робоча температура для більшості сучасних мікросхем згідно з документацією на них значно більше і може досягати 125 ° С

Звичайно, якщо є вже дуже сильно гріються чіпи, то термін служби електроніки може значно скорочуватися. Але це явище досить рідкісне і швидше відноситься до прорахунків розробників.

Крім того, виробники дисків, як правило, обмежують ще і швидкість зміни температури навколишнього середовища або швидкість зміни температури охолоджуючого повітря, що при повітряному охолодженні фактично одне і те ж, значеннями не більше (15 ... 20) ° С / год. В документації на жорсткі диски різних виробників ця швидкість зміни зазвичай позначається як "temperature gradient" або "перепад температур". Див., Наприклад, п. 7.2.1 Temperature and humidity або п. 2.8.2 Temperature gradient , Або п. перепад температур .

Зазвичай зовсім не важко обмежити нагрів банки і мікросхем електроніки жорсткого диска на зазначених вище рівнях. А от не перевищити зазначену швидкість зміни температури навколишнього середовища складніше. Особливо в перші (10 ... 15) хвилин після включення системного блоку, коли швидкість нагріву повітря в ньому досить висока. Зміна температури повітря навколо жорсткого диска за такий час не повинно перевищувати (3 ... 5) ° С. Хоча на перший погляд це і трохи "лишку". Але ....

Перевищення розглянутих параметрів часто проявляється там, де на догоду мінімізації загальних шумів системного блоку необдумано скорочується кількість вентиляторів і їх швидкість обертання. Нерідко в корпусах, у яких площа повітрязабірників для організації охолодження жорстких дисків недостатня або ж їх і зовсім немає, жорсткі диски залишають "варитися у власному соку" зовсім не замислюючись про їх охолодженні.

Багаторічний практичний досвід автора показав, що найбільш часто як вихід з ладу жорстких дисків, так і поява великої кількості "БАДів" спостерігається там, де нехтують охолодженням.

Висновок. У загальному випадку необхідно не тільки гідно охолоджувати як банку з механікою, так і електроніку диска, але і не допускати перевищення температурного градієнта охолоджуючого повітря. Тобто створювати деякий пристрій або систему охолодження, яка виконує ці (і не тільки) завдання.

Система - щось ціле, що представляє собою єдність закономірно розташованих і знаходяться у взаємному зв'язку частин.

Як же взагалі можна відібрати тепло у HDD?

З теорії відомо, що кількість тепла за одиницю часу або тепловий потік q, що відбирається від будь-охолоджувальної поверхні (чіпа, жорсткого диска і т.д.), описується формулою Ньютона:

(1)

де:

• q - кількість теплоти за одиницю часу (одиниця виміру Дж / c або Вт),
• α - коефіцієнт тепловіддачі, Вт / м²К,
• S - площа поверхні теплообміну, м²,
• ΔT = Т-Тпов - перегрів або перепад температур між температурою охолоджувальної поверхні Т і температурою теплоносія Тпов (температура повітря при повітряному охолодженні), К.

Простіше кажучи, формула свідчить, що кількість тепла, що відбирається від будь-охолоджувальної поверхні, прямо пропорційно:

• різниці температур між температурою охолоджувальної поверхні і температурою повітря;
• площі охолоджувальної поверхні;
• коефіцієнту тепловіддачі.

висновки:

Поліпшити охолодження вінчестера (збільшити кількість відведеного тепла), можна всього-то тільки трьома методами:

• зменшенням температури охолоджуючого повітря;
• збільшенням площі поверхні теплообміну;
• збільшенням коефіцієнта тепловіддачі.

Комбіноване використання цих методів різко підвищує ефективність системи охолодження жорсткого диска.

А як це виглядає на практиці?

Площа теплообміну зазвичай збільшують за допомогою радіаторів.

з вираження (1) видно, що теоретично для збільшення скажімо вдвічі теплового потоку (або, що те ж саме, дворазового зменшення перегріву), необхідно так само вдвічі збільшити площу теплообміну.

Практично ж через те, що як властивості самих радіаторів, так і передача тепла від диска до радіатора неідеальні, потрібно більш ніж дворазове збільшення площі теплообміну для дворазового зменшення перегріву.

Крім того, у HDD майже немає рівних поверхонь придатних для установки тлумачних радіаторів.

Хоча начебто немає. Практично у всіх жорстких дисків є плоска поверхня, утворена тонкою бляшанкою - кришкою гермоблока, на яку можна хвацько пристосувати солідний радіатор.

Але так як всі елементи, що гріються закріплені на литому масивному підставі, то відвід тепла від нього по тонюсенькой бляшанці з наклеєною папірцем до радіатора відразу виглядає неперспективно. Шлях же через повітря всередині банки і бляшану кришку теж особливо не приваблює.

Далі, здається, що можна легко встановити радіатори на бічні поверхні жорсткого диска, але в місцях кріплення є технологічні припливи і щільного контакту з радіатором не вийде.

Але виглядає це набагато перспективніше, ніж охолодження через тонку бляшану кришку. Особливо якщо не шкодувати термопасти між радіатором і бічною поверхнею жорсткого диска.

На практиці відведення тепла від бічних поверхонь HDD найбільш поширений.

Можна, звичайно, вирівняти і відшліфувати бічні поверхні вінчестера (втрата гарантії !!!). Потім встановити на них цілком пристойні радіатори.

При такому розкладі охолодження диска через бічні поверхні відбувається досить ефективно, але не оптимально:

• поліпшення теплообміну спостерігається тільки через бічні поверхні, загальна площа яких становить менше 1/6 частини від загальної площі поверхні банки;
• нерівномірне охолодження механіки, тому що не кращим чином охолоджуються елементи, розташовані в середині банки далеко від радіаторів (бічних стінок);
• без додаткового охолодження залишається електроніка (хоча? на найбільш гарячі чіпи так само можна, а в деяких випадках і потрібно пристосувати радіатори).

Ну, а установка ще й на нижню, як правило, досить криву поверхню безлічі дрібних радіаторів досить трудомістким.

Однак останнім часом набули поширення м'які теплопровідні прокладки. Вони легко деформуються і дозволяють передавати тепло від нерівних поверхонь жорсткого диска до радіатора.

Наприклад, радіатор Titan TTC-HD92 через таку прокладку встановлюється на жорсткий диск з боку друкованої плати і забезпечує охолодження і електроніки, і банки.

Але невелика теплопровідність прокладки не дозволяє досягати високої ефективності подібних рішень.

висновки:

• Усередині корпусу системного блоку в умовах природної конвекції повітря, тобто коли швидкість руху повітряних мас мала, тільки за допомогою радіаторів прийнятних розмірів впоратися з відведенням тепла (гідним зниженням перегріву), не так-то просто.
• Таке рішення з огляду на швидке нагрівання повітря в корпусі після включення, як правило, не дозволяє виконати вимоги по швидкості зміни температури навколишнього середовища .

Домогтися подальшого кардинального поліпшення охолодження можна тільки за допомогою примусової повітряної конвекції (тобто інтенсивного обдування).

Відомо, що значення коефіцієнта тепловіддачі α (див. вираз 1 ) Для природного повітряного конвекції складають приблизно (2 ... 10) Вт / м²К, а для примусової (10 ... 150) Вт / м²К (і навіть більше), тобто практично на порядок вище.

Це дозволяє так само на порядок збільшити тепловий потік (і, відповідно, на порядок зменшити перегрів) і дає надії на те, що обдув повітрям є вельми ефективний метод поліпшення охолодження, який дозволить отримати прекрасне охолодження навіть без використання радіаторів.

І, якщо це здається настільки перспективним, варто докладніше розібратися з особливостями примусового охолодження.

Чим вище швидкість руху повітря, тим більше коефіцієнт тепловіддачі α і, отже, потік тепла, що відбирається від охолоджуваної поверхні, але і, як правило, більше шум, створюваний повітряним потоком.

А швидкість повітря і, отже, витрата його визначаються характеристиками використовуваного (мих) вентилятора (ів) і опором повітряному потоку системи охолодження.

Цим, як правило, і обмежується вся "мудрість" багатьох охолоджуючих систем.

А, може цього і досить? І це краще. Ось і проаналізуємо "крилаті ради всіх часів і всіх форумів".

Порада перша і найчастіший. "Хочеш охолодити, візьми вентилятор Помічна, сунь під" черево "вінчестера і готово. А шумить сильно - вентилятор слабший, та напруга на ньому знизити до (4 ... 5) Вольт ".

Наприклад, як це зроблено в HDD кулере TITAN TTC-HD12, закріплюється знизу вінчестера.

Такий кулер прекрасно охолоджує електроніку. А ось у банки обдувається тільки половинка "черева" або близько 1/6 частини від загальної площі поверхні банки, що вимагає повітряного потоку приблизно в шість разів більшого, ніж при рівномірному охолодженні всій поверхні банки. Та ще вентилятор стоїть впритул до диска, що різко знижує його продуктивність і не менш різко підвищує шум.

висновки:

• Тому або сильний повітряний потік і сильний шум, або досить посереднє охолодження банки.
• При такому способі обдування з боку "черева" може скластися ситуація, коли внутрішній датчик вінчестера може показувати температуру значно меншу реальної температури здебільшого банки.
• Нерівномірний охолодження механіки.
• Вібрації вентилятора можуть передаватися на жорсткий диск.

Чи не здорово.

Порада друга і дуже частий. "Якщо дисків кілька, вішай їх один над іншим в" стандартну "кошик, став перед ними знову ж вентилятор або навіть два і порядок."

І неважливо, що зазор між дисками, встановленими в більшість "стандартних" кошиків, зазвичай не перевищує двох-трьох міліметрів. У такій зазор навіть лінійку непросто просунути, а не те, що створити в ньому пристойний охолоджуючий повітряний потік.

А вже до того, що повітряний потік від вентилятора після "удару" про передню поверхню диска (дисків) розлітається вгору, вниз і в сторони, нормально охолоджуючи тільки передні поверхні дисків і зовсім нікому діла немає.

висновки:

• Раз велика частина поверхні диска (ів) практично не обдувається, то чи сильний повітряний потік і сильний шум, або досить посереднє охолодження банки.
• Нерівномірний охолодження механіки.
• Та ще й електроніка практично не обдувається.

Аналогічними недоліками володіє цілий ряд «безкорпусних» охолоджувачів для вінчестерів. Вони встановлюються в вільний 5 "відсік. Особливо яскраво ці недоліки проявляються, якщо зверху і знизу є порожні відсіки. Крім того такі пристрої мають підвищений шум від вентилятора (ів), встановленого (их) фактично на передній панелі корпусу.

Так. ... Саме через такого букета недоліків подібних пристроїв доводиться чухати ріпу і згадувати-вигадувати щось таке, що допоможе охолоджувати диски ефективніше і тихіше.

Чим більша площа поверхні диска бере участь в процесі теплообміну і чим ефективніше використовується повітряний потік, тим менші за розміром потрібно він для рівного охолодження дисків, і тим тихіше такий пристрій буде працювати. Найбільша площа поверхні диска буде активно брати участь у процесі теплообміну за допомогою вимушеної конвекції тільки при наявності повітряного потоку рівномірно "облизує" жорсткий диск з усіх боків.

Повітряного потоку, рівномірно "облизує" практично всю площу поверхні жорсткого диска можна домогтися при укладанні диска в спеціальний кожух-повітропровід. Кожух буде направляти повітряний потік уздовж вінчестера, не даючи повітрю розходитися вгору, вниз і в сторони, як це відбувається в переважній більшості кошиків (особливо з дуже щільним розташуванням дисків) і в «безкорпусних» охолоджувачах для вінчестерів.

І чудово буде, якщо цей повітропровід має доступ до "забортному" повітрю (див. Зменшення температури охолоджуючого повітря ).

Прикладом такої конструкції служить HDD кулер CoolerMaster DHC-U43 CoolDrive 3 . Його конструкція відрізняється від конструкцій «безкорпусних» охолоджувачів наявністю алюмінієвого кожуха-воздуховода. ? Він служить ще і радіатором, що збільшує площу теплообміну.

Для охолодження відразу декількох вінчестерів служать пристрої типу LIAN LI EX-332 HDD Mount Kit, що встановлюються в вільні 5,25 "відсіки.

Такого типу "кошика" мають збільшений зазор між дисками, закриті зверху і знизу і дозволяють забезпечити повітряний потік рівномірно "облизує" практично всю площу поверхні жорстких дисків і дозволяють організувати розумне охолодження, як електроніки, так і рівномірне охолодження банки з механікою.

Крім того, такого типу "кошика" нерідко оснащуються повітряними фільтрами і гумовими амортизаторами для боротьби з шумами жорстких дисків.

У щойно розглянутих системах охолодження жорстких дисків вентиляційні решітки, повітрозабірники, самі жорсткі диски і т.д. завжди є перешкодами на шляху руху повітряного потоку, який формується вентилятором, з яким доводиться створювати деякий тиск для подолання опору повітряному потоку.

Причем чим більшій повітряний потік необхідній для відводу тепла, и чім более степень турбулентності цього потоку, тім более система охолодження протідіє проходження цього потоку Повітря, тім більшу роботу доводитися Здійснювати вентилятору створює цею потік. І тім більш потужній нужно вентилятор для Подолання опору. Відповідно зростає створюваний шум.

А оскільки самі вентилятори (незалежно від швидкості обертання) формують повітряний потік з високим ступенем турбулентності, то опір системи з "нагнітає" вентилятором на вході виявляється більше опору системи з "витяжним" вентилятором на виході.

В результаті охолоджуючі системи жорстких дисків з "витяжним" вентилятором в порівнянні з системами з "нагнітає" вентилятором мають наступні переваги:

• при однакових оборотах однакових вентиляторів трохи більшу величину повітряного потоку і, отже, кілька краще охолодження;
• при однаковому охолодженні потрібні менші обороти однакових вентиляторів і, отже, виходить менший шум.

Сумарна товщина повітряного потоку з використанням "витяжної" вентиляції в системі охолодження HDD не повинна бути занадто великою, так як шари повітря найбільш віддалені від охолоджуваної поверхні мало беруть участь в процесі охолодження.

одного боку, тут при незмінній витраті повітря, чим тонше повітряний потік, тим вище його швидкість і, отже, краще охолодження диска (див. п. Швидкість руху повітря ). Але в цьому випадку зі зменшенням площі поперечного перерізу повітряного потоку зростає опір повітряному потоку, потрібно більш потужний вентилятор, зростає шум.

іншого боку, якщо повітря нагрівається в основному поблизу поверхні жорсткого диска, то середня температура надмірно товстого повітряного потоку, що пройшов через систему охолодження вінчестера, зросте досить незначно, і такий повітряний потік можна буде використовувати для охолодження інших компонентів системного блоку. Але прокачування надлишкового повітря знову ж джерело надлишкового шуму.

Практика показала, що в більшості випадків оптимальна товщина потоку навколо типових 3,5 "дисків становить 8-12 міліметрів. З боку тонкої жерстяної кришки гермоблока ця величина може бути зменшена до 5-8 міліметрів.

Для 2,5 "дисків через менший тепловиділення товщини потоків можуть бути менше. Конкретні значення оптимальної товщини потоку навколо 2,5 "дисків автор дати не може, тому що експериментів з такими дисками не проводив.

При використанні "нагнітає" вентиляції повітряний потік виходить з дуже високим ступенем турбулентності по всьому поперечним перерізом, і товщина його може бути в кілька разів більше. Але знову ж прокачування надлишкового повітря - джерело надлишкового шуму.

Так, а скільки ж треба цього повітря для охолодження диска?

Існує проста формула, яка дозволяє з достатньою точністю розрахувати потік повітря Q в кубічних футів за хвилину CFM (cubic feet per minute), необхідний для відводу від вінчестера теплової потужності W в Ватах при допустимому перегрів ΔT в градусах Цельсія:

(2)

Дане співвідношення однозначно показує, який продуктивністю Q повинна володіти система охолодження для відводу за допомогою конвективного теплообміну необхідної теплової потужності W при заданому перегріві ΔT.

Інші види теплообміну - теплообмін теплопровідністю (передача тепла через безпосередній контакт з кошиком або, наприклад, стінками корпусу) і променистий теплообмін (перенесення тепла випромінюванням) тут до уваги не беруться. Тим більше що при наявності прокладок і шайб, спеціальних амортизуючих, виброизолирующих кріплень або м'якого підвісу жорсткого диска для зменшення шуму, внесок цих двох механізмів в процес теплообміну стає і зовсім мізерним. Тому їх і можна не враховувати.

Для прикладу парканом значення повітряного потоку, необхідного для відводу середньостатистичних (7 ... 15) Вт тепла від жорсткого диска з перегрівом в залежності від поставлених завдань (5..15) ° С.

Розрахункове значення становить

Q = 1,76 * (7 ... 15) / (5..15) = (

1 ... 5) CFM.

На підставі знайденого значення підбираються відповідні вентилятори, і конструюється повітряний тракт охолоджуючої системи. Однак відразу треба сказати, що в правильній системі охолодження величину повітряного потоку для охолодження одного диска може забезпечити практично будь-який вентилятор навіть при зниженому харчуванні.

Правда через гіршого прогрівання віддалених від охолоджуваної поверхні шарів повітря і прокачування зайвого повітря зовсім повз жорсткого диска, як правило, потрібно трохи більше значення повітряного потоку. Причому чим товще повітряний потік, тим більше прокачується зайвого повітря. Турбулентний потік прогрівається рівномірно, тому він економніше ламинарного потоку.

Тут все просто.

На скільки градусів зменшується температура охолоджуючого повітря, настільки ж зменшується температура вінчестера.

Таким чином, звичайні варіанти з охолодженням вінчестера повітрям, нагрітим всередині корпусу, не є оптимальними, хоча іноді вони реалізуються простіше.

Якщо виключити таку "екзотику", як, наприклад, установку системного блоку в холодильник або використання взимку вуличного повітря для охолодження, то для охолодження вінчестера оптимально скористатися забортним повітрям, тобто повітрям, узятим зовні системного блоку, а не зсередини його, де повітря по визначенню тепліше.

Для створення припливу повітря для охолодження диска зазвичай використовуються вентилятори загальної системи охолодження в блоці живлення, на задній або верхній стінці корпусу і т.д.

Такі рішення використовуються зараз у багатьох сучасних корпусах.

При "витяжної" вентиляції, тобто створює в корпусі деякий розрядження повітря, частина повітря засмоктуваного через вентиляційні отвори направляється на жорсткий диск.

При "нагнітає" вентиляції, що створює в корпусі деякий надлишковий тиск повітря для обдування диска обов'язково повинен використовуватися окремий додатковий вентилятор, розташований перед диском.

Одночасно цей же вентилятор використовується і в загальній системі охолодження для нагнітання повітря в корпус.

Іноді використовуються спеціальні лотки-перехідники для установки 3,5-дюймових жорстких дисків в 5-дюймові відсіки корпусу.

На передній панелі у них є вентилятор для обдування диска забортним повітрям.

Існують такі пристрої і для установки декількох дисків .

Використання для охолодження забортного повітря дозволяє не тільки автоматично виконати вимоги по температурному градієнту , А й на кілька градусів зменшити температуру диска.

Такі рішення використовуються зараз досить рідко. В основному в безвентиляторних системах охолодження, наприклад, в корпусі Zalman TNN500A.

Тут вінчестер має тепловий контакт з бічною стінкою грає роль радіатора, що охолоджується забортним повітрям.

Однак на практиці таке рішення з огляду на швидке нагрівання повітря в корпусі після включення, як правило, не дозволяє виконати вимоги по температурному градієнту .

Ось що згадалося з того, що волею-неволею доведеться враховувати при розробці дійсно ефективної та малошумящей системи охолодження. Ось і поговоримо про шум.

Далі буде ...

vvc1