Einstieg und Begriffserklärung zum Thema Extremecooling

Eine kurze Begriffserklärung zum Thema Extremecooling um Verwirrungen zu beseitigen und vorallem Einsteigern die Thematik näher zu bringen.
Zuerst, ein paar Grundlagen zum Verständnis der Vorgänge in einer Kälteanlage. Ist sehr einfach gehalten soll aber das ganze ein wenig erleichtern.

Funktion eines Kompressorkreislaufs

Der völlig geschlossene Kältekreislauf ist mit einem leicht kondensierbaren, somit bei Raumtemperatur gasförmigem aber unter höheren Drücken flüssig werdenden Kältemittel gefüllt. Kennt jeder bei Wasser: es verdampft bei 100°C zu Wasserdampf, der bei niedrigeren Temperaturen wieder zu Wasser kondensiert. Diese Eigenschaften haben auch Kältemittel, nur in einem tieferen Temperaturbereich. So siedet R134a bei Umgebungsdruck schon bei -26°C. Wer sich die physikalischen Vorgänge genauer ansehen will sollte am besten bei Wikipedia vorbeischauen.

Bekannte Kältemittel sind R134a, R404a und R507A oder auch R290, besser bekannt als Propan, die alle unterschiedliche Siedetemperaturen haben und sich deswegen für unterschiedliche Einsatzbereiche eignen.

Der Kompressor -oder auch Verdichter genannt- ist die Hauptkomponente einer Kälteanlage, er ist quasi der Antrieb des ganzen. Hier beginnt unser Kreislauf: Der Verdichter
saugt das gasförmige Kältemittel aus dem Verdampfer an, verdichtet es und drückt es mit höherem Druck in den Verflüssiger, man spricht von der Hochdruckseite. Durch das Verdichten erhitzt sich das Kältemittel- Gas, es wird nun zum Verflüssiger geleitet wo es durch einen Wärmetauscher seine Energie an die Umgebungsluft abgibt, dazu sind meist Lüfter montiert um dies zu beschleunigen.
Aufgrund der niedrigeren Temperatur am Ende des Verflüssigers, wird das Kältemittel bei demselben Druck dann flüssig. Das flüssige Kältemittel wird dann zum Einspritzorgan, dem Kapillarrohr oder einem Einspritzventil (z.B. ein Thermostatisches Expansionsventil TEV) geleitet, das die Aufgabe hat Hoch- und Niederdruckseite zu trennen, es ist also ein Drosselorgan, das nur wenig Kältemittel durchströmen lässt und dadurch einen Druckunterschied herstellt.
Auf der Niederdruckseite ist das flüssige Kältemittel bestrebt zu verdampfen, dabei nimmt es Energie auf während es durch den Wärmetauscher (Verdampfer) strömt. Am Ende ist schließlich alles Kältemittel verdampft und wird vom Verdichter wieder angesaugt, der Kreislauf beginnt von neuem.
Innerhalb des Kreislaufs geht keine Energie verloren, sondern alle Energie die dem Verdampfer zugeführt wird, gibt der Verflüssiger wieder ab, zusätzlich fällt noch die elektrische Verlustleistung des Verdichters an. Mit diesem Prinzip kann sowohl gekühlt, als auch geheizt werden.

Ein Video das das ganze etwas anschaulicher erkärt:




Die Kompressorkühlung oder Singlestage

Der Begriff Singlestage ist eigentlich passender für diese Anlagen: Ein Kompressorkreislauf wird genutzt, um einen Wärmetauscher (Verdampfer, auch vom englischen „Evaporator“ Evap genannt) direkt auf dem Prozessor herunterzukühlen.
Weitere Begriffe für ein und dieselbe Anlage: Direkt- DIE Anlage, Direktkühlung. Auch das englische "Phase Change" umschreibt meist eine Singlestage.
Mit "Kompressorkühlungen" lässt sich vielmehr die gesamte Bandbreite der Anlagen beschreiben.
Singlestages haben also Verdampfer mit den passenden Maßen und Halterungen, die direkt auf dem Mainboard befestigt werden können. Zur besseren Montage sitzt dieser an einer flexiblen Saugleitung und kann mehr oder weniger frei bewegt werden.
Dabei lassen sich Temperaturen zwischen -20 und -40°C erreichen je nach Leistung der Anlage. Auch unter großer Last von Quad Cores kann eine solche Singlestage noch Minustemperaturen am Prozessor halten- ein unschätzbarer Vorteil beim Overclocking wenn das letzte Megahertz aus dem CPU gekitzelt wird.
Natürlich muss bei solchen Temperaturen der Bereich um die CPU auf den Mainboard entsprechend isoliert und gedämmt werden, dazu sind Armaflex (Schaumstoffartige Dämmaterialien), Knetradiergummi als Geheimtipp und die Klassiker Vaseline und Klarlack Mittel erster Wahl.
Eine Singlestage ist bedingt tauglich für den täglichen Einsatz- vom Stromverbrauch von ca. 200- 400W abgesehen, kann man die Isolierung so perfektionieren dass sogar 24/7 Betrieb möglich ist.



Der Chiller oder Durchlaufkühler

Wenn der Begriff im Zusammenhang mit Computern und Hardware verwendet wird handelt es sich meist um eine Kälteanlage, genauer: ein Kaltwassersatz.
Ein Chiller verwendet einen Kompressorkreislauf, um eine Flüssigkeit herunterzukühlen (Wasser mit Zusätzen, wie Korrosions- oder Frostschutz). Dabei hat der Chiller einen Wärmetauscher, der die Energie vom Wasserkreislauf auf den Kompressorkreislauf überträgt.
Ein Chiller wird in einen normalen Wasserkühlungskreislauf vom Computer eingebaut und ersetzt damit den Radiator, die Wassertemperatur kann damit auch unter der Raumtemperatur gehalten werden.
Chiller gibt es für unterschiedliche Anwendungstemperaturen, angefangen von 20°C bis in den Minusbereich von ca -30°C- dabei ist zu beachten dass ein erheblicher Aufwand betrieben werden für die Isolierung der Komponenten.




Die Kaskade

Eine Kaskade ist ebenfalls eine Direktkühlung mit einem Verdampfer der auf der CPU (oder GPU!) montiert wird. Dabei sind in einer Kaskade mehrere Kompressorkreisläufe „kaskadiert“ also hintereinandergeschaltet.
Der erste Kreislauf kühlt den zweiten auf -40°C, dieser kann dann den Verdampfer am CPU schon auf bis zu -100°C abkühlen. Der Prozess lässt sich auch noch weiter treiben, allerdings explodieren dann die Kosten und Aufwände, deswegen sind vorallem 2 stufige Kaskaden verbreitet.
Eine normale Kaskade hat also 2 Kreisläufe und schafft je nach Kältemittel -70°C bis -100°C am Evap, bei Belastung durch aktuelle CPUs.
Was bei Kaskaden bedacht werden muss ist einerseits das gute Overclocking Potential, das schon an LN2- Niveau hernkommt und bei CPUs mit Cold- Bug unter -100°C sogar gleich auf ist, andererseits haben Kaskaden einen recht hohen Anschaffungspreis und verbrauchen 1200-2000W an Strom. Trotzdem kann sich eine Kaskade rechnen, denn die Kälte ist einfach immer verfügbar, auf Knopfdruck! Spaß macht benchen mit einer Kaskaden aufjedenfall auch, da man auch weniger "Stress" hat.




Woher man solche Kälteanlagen bekommt oder wie man selbst eine Kompressorkühlung baut, einen Chiller selber baut oder den PC für den Einsatz mit extremen Kühlmethoden fit macht erfahrt ihr bei uns auf der Seite und im Forum!

Werkzeug zum Bau von Kompressorkühlungen



Artikel wird erweitert!

25.2.10/ by august123