Как положение вентилятора влияет на рециркуляцию воздуха внутри корпуса ПК

Положение вентилятора определяет, поступает ли в систему охлаждения видеокарты и процессора свежий воздух из помещения или воздух, уже нагретый системой. Рециркуляция происходит, когда теплый отработанный воздух от видеокарты, радиатора или вытяжного вентилятора затягивается обратно во впускной канал. Поэтому два корпуса с одинаковыми вентиляторами, одинаковым оборудованием и одинаковой скоростью вращения вентиляторов могут работать с разницей в несколько градусов, поскольку их вентиляторы расположены в разных местах относительно источников тепла и друг относительно друга.

В этой статье объясняется, как положение вентиляторов спереди, сзади, сверху, сбоку и снизу влияет на риск рециркуляции воздуха, как это связано с давлением в корпусе и почему добавление вентилятора может усугубить ситуацию. Также предлагается воспроизводимый способ тестирования вашей собственной компоновки, позволяющий отличить реальную проблему с воздушным потоком от проблемы, связанной с количеством вентиляторов.

Что такое рециркуляция воздуха внутри корпуса ПК?

Рециркуляция воздуха — это ситуация, когда теплый воздух, прошедший через источник тепла, вместо того чтобы покинуть корпус, снова попадает в систему охлаждения. Это отдельная проблема, отличающаяся от недостатка воздушного потока, поскольку вентиляторы могут перемещать достаточное количество воздуха. Просто воздух слишком теплый, чтобы быть полезным.

В руководстве Intel по охлаждению ПК описывается основная проблема: когда компоненты выделяют тепло в небольшое пространство, такое как корпус ПК, температура внутри может быстро повышаться, если корпус не вентилируется должным образом. Рециркуляция ускоряет это повышение температуры, поскольку каждый контур возвращает тепло обратно компоненту, который его произвел.

Наибольшая часть рециркуляции приходится на три источника:

• Вывод тепла от видеокарты. Видеокарты открытого типа отводят большую часть тепла в корпус, и шасси приходится замещать этот поток воздуха наружным воздухом.

• Выхлоп радиатора используется в качестве притока. Радиатор, получающий комнатный воздух, нагревает его до того, как он попадет в камеру, что полезно для процессора, но создает дополнительную нагрузку на корпус более теплым воздухом.

• Вентиляторы с коротким замыканием. Впускной и выпускной вентиляторы, расположенные близко друг к другу, могут обмениваться воздухом, не допуская его контакта с нагреваемым компонентом.

Рециркуляция также пересекается с застойным воздухом. Как замкнутый контур уже нагретого воздуха, так и зона с едва движущимся воздухом приводят к тому, что температура компонента оказывается выше, чем показывает остальная часть системы, и на графике температуры они могут выглядеть одинаково. В руководстве по выявлению зон застоя воздушного потока в корпусе ПК эти два явления разделены, и показано, как их различить с помощью данных датчиков и дымовых тестов.

Как положение вентилятора влияет на рециркуляцию воздуха?

Положение вентилятора влияет на рециркуляцию тремя способами: оно определяет, где свежий воздух поступает относительно графического процессора, где горячий воздух выходит относительно воздухозаборников, и определяет, будут ли воздушные потоки двигаться по одному пути или будут конфликтовать друг с другом. В разделах ниже рассматривается каждое положение по очереди.

Фронтальный впуск: рост важнее количества

Передний вентилятор подает свежий воздух только в зону перед собой. Верхний передний вентилятор подает воздух к кулеру процессора и верхней части материнской платы. Нижний передний вентилятор подает воздух к видеокарте, но только если туда поступает достаточно воздуха. Если нижний вентилятор дует в сплошной кожух блока питания или жгут кабелей, видеокарта в итоге забирает воздух изнутри корпуса, что называется рециркуляцией воздуха.

По этой причине третий передний вентилятор не обязательно лучше второго. Он помогает, когда охватывает зону, которую не обслуживают два других, и когда передняя панель пропускает достаточно наружного воздуха. Сравнение двух и трех передних вентиляторов объясняет, как это оценить, в том числе, почему два правильно расположенных вентилятора могут быть лучше, чем три вентилятора за ограничивающей панелью.

Задний и верхний выхлоп: расстояние от впускного коллектора

Вентилятор на вытяжке эффективно отводит тепло, если расположен близко к источнику тепла и далеко от источника всасывания. В руководстве по организации воздушного потока от Noctua рекомендуется, чтобы корпусные вентиляторы следовали одному направлению воздушного потока, имея несколько всасывающих отверстий спереди, одно вытяжное сзади и опциональное верхнее вытяжное отверстие над или непосредственно за кулером процессора. В том же руководстве предупреждается, что встречные потоки создают турбулентность, которая ухудшает охлаждение и добавляет шума.

В верхнем переднем углу часто допускаются ошибки при компоновке. Вытяжной вентилятор расположен рядом с передней впускной колонной. Он может поднимать поступающий воздух к верхней части корпуса до того, как тот пройдет через видеокарту, или позволять свеженагретому воздуху выходить через зазор и возвращаться обратно к передним вентиляторам. Обзор корпуса HAVN BF 360 Flow от GamersNexus показывает, что производители знают о второй проблеме: корпус включает в себя пластину, предотвращающую обратный поток, которая закрывает часть верхнего крепления вентилятора над передними вентиляторами, чтобы предотвратить выход воздуха через этот зазор и его рециркуляцию к передним вентиляторам.

Верхний воздухозаборник над видеокартой: расположение и конструкция системы охлаждения

Компания Noctua отмечает, что в корпусе с башенным кулером верхний вентилятор, установленный ближе к передней части, может работать как воздухозаборник, напрямую подавая воздух к кулеру. Однако такое положение может иметь обратный эффект, когда видеокарта важнее процессора. В том же тесте GamersNexus сквозной кулер видеокарты направлял воздух к верхней части корпуса и отводил воздух от кулера процессора через верхний передний воздухозаборник.

Согласно полученным данным, средние значения температуры видеокарты составили 40 градусов в стандартной конфигурации, 39 градусов при использовании двух верхних вентиляторов в режиме чистого выдува и 42 градуса при смешанном режиме впуска и выпуска воздуха сверху. GamersNexus предположил, что в этом случае наилучшим компромиссом может быть сохранение стандартного режима впуска спереди и выпуска сзади. Эти цифры относятся к одному корпусу, одной видеокарте и одному методу тестирования, поэтому рассматривайте их как пример того, как изменение положения может помочь одному компоненту и навредить другому, а не как прогноз для вашей сборки.

Боковой и нижний впуск в панорамных корпусах

Панорамные и двухслойные стеклянные корпуса часто заменяют сетчатую переднюю панель стеклом, что смещает приток воздуха вбок и вниз. В руководстве Noctua говорится, что боковые вентиляционные отверстия в таких корпусах, как Lian Li O11 Dynamic и NZXT H6 Flow, можно рассматривать как передние вентиляторы, поэтому применяется та же логика: один основной путь от притока воздуха к оттоку.

В таких случаях основная часть рециркуляции обусловлена двумя ошибками позиционирования. Первая — это неправильная установка вентилятора, особенно вентиляторов с перевернутыми лопастями, внешний вид которых не указывает направление воздушного потока. Перевернутый боковой блок может выводить холодный воздух прямо наружу. Вторая — это нижний воздухозаборник, расположенный на поверхности, которая его блокирует, например, ковер, или за ограничивающим фильтром. В пошаговом руководстве по настройке бокового воздухозаборника в панорамном корпусе для ПК подробно рассматриваются направление вращения вентилятора, зазор для нижнего воздухозаборника и компромисс между боковым и нижним расположением.

Положение радиатора

Согласно рекомендациям Noctua по жидкостному охлаждению, передний или боковой радиатор с вентиляторами на вдув обычно обеспечивает самые низкие температуры процессора, в то время как верхний радиатор с вентиляторами на выдув обычно обеспечивает самые низкие температуры видеокарты. Причина кроется в замаскированной рециркуляции. Передний радиатор, используемый в качестве вдува, подает теплый воздух к видеокарте, в то время как верхний радиатор на выдув отводит это тепло до того, как оно достигнет видеокарты.

При каком расположении вентилятора существует наибольший риск рециркуляции воздуха?

Приведенный ниже список суммирует описанные выше тенденции. Это направленные закономерности, выявленные в ходе опубликованных испытаний и рекомендаций по организации воздушного потока, а не гарантированные изменения температуры, и геометрия корпуса или конструкция кулера видеокарты могут изменить любую из них.

• Нижний передний воздухозаборник с открытым доступом к видеокарте. Минимальный риск рециркуляции воздуха для видеокарты. Убедитесь, что кожух блока питания, кабели и рама не блокируют доступ воздуха.

• Нижний передний воздухозаборник заблокирован сплошным кожухом блока питания. Видеокарта вместо этого забирает теплый внутренний воздух. Проверьте, куда именно дует вентилятор.

• Верхний передний выхлопной патрубок над передней впускной колонкой. Может направлять свежий воздух к крыше или позволять теплому воздуху возвращаться обратно к передним вентиляторам. Проверьте, сняв его и повторив эксперимент с той же нагрузкой.

• Верхний фронтальный воздухозаборник над сквозным графическим процессором. Всасываемый воздух может отклоняться от кулера процессора, что может ухудшить работу графического процессора. Проверяйте графический и центральный процессоры одновременно.

• Задний выхлоп расположен параллельно кулеру процессора. Риск невелик, если он проходит по тому же пути спереди назад. Убедитесь, что кабели и препятствия не прерывают этот путь.

• Передний или боковой радиатор используется в качестве впускного. Он подает холодный воздух к процессору, но нагретый направляет в сторону видеокарты. В сочетании с верхним и задним вытяжным радиатором сравните показания обоих датчиков.

• Боковой приток воздуха в панорамном корпусе. Низкий риск при правильном направлении вентилятора и большом диаметре отверстия. Проверяйте стрелки направления воздушного потока, а не внешний вид вентилятора.

• Нижний воздухозаборник с ограниченным зазором. Реальный поток воздуха невелик, поэтому видеокарта может осуществлять рециркуляцию. Проверьте зазор у основания и сопротивление фильтра.

Влияет ли внутрикорпусное давление на рециркуляцию?

Давление в корпусе изменяется в местах поступления приточного воздуха, что влияет на рециркуляцию. Когда приток воздуха превышает отток, в корпусе создается положительное давление, и воздух стремится выходить через пассивные зазоры. Когда отток превышает приток, в корпусе создается отрицательное давление, и дополнительный воздух затягивается через вентиляционные отверстия и зазоры. Компания Noctua определяет эти три состояния как отношение притока воздуха к его оттоку.

Ни один из режимов не является автоматически лучше для рециркуляции воздуха. В руководстве Tom's Hardware по сравнению положительного и отрицательного давления говорится, что корпус с ограничивающей передней панелью может лучше охлаждать графический процессор при отрицательном давлении, поскольку воздух затягивается через вентиляционные отверстия и отверстия PCIe, расположенные физически близко к карте, а вытяжные вентиляторы, расположенные сзади и сверху, быстро отводят тепло от карты. В том же руководстве отмечается и недостаток: пыль быстро и неравномерно накапливается, поскольку воздух обходит фильтры.

Давление нельзя определить по количеству вентиляторов. Вентилятор, расположенный за плотным фильтром, перемещает меньше воздуха, чем указано в его характеристиках, а засоренный фильтр со временем смещает баланс. В руководстве по положительному, отрицательному и нейтральному давлению в корпусе объясняется, почему эффективный воздушный поток важнее количества установленных вентиляторов, и как проверить результат.

Почему установка вентилятора может ухудшить рециркуляцию воздуха?

Предположение о том, что каждый дополнительный вентилятор снижает температуру, ненадежно. Новый вентилятор изменяет траекторию воздушного потока, а поток, направляющий теплый воздух к компоненту, повышает температуру этого компонента на входе. Обычно это происходит из-за работы вытяжного вентилятора, отводящего свежий воздух от графического процессора, столкновения двух потоков и дополнительного вентилятора, расположенного за ограничивающей панелью, где он создает шум, но мало способствует циркуляции воздуха.

Всё это не означает, что дополнительные вентиляторы бесполезны. Большее количество вентиляторов помогает, когда они обеспечивают приток воздуха там, где это необходимо видеокарте, когда в корпусе есть открытая зона притока воздуха и когда весь воздушный поток следует по одному пути. Tom's Hardware также указывает на эффект убывающей отдачи: как только приток и отток воздуха становятся достаточными для тепловыделения системы, дополнительные вентиляторы мало что дают. В статье о том, почему большее количество вентиляторов может повысить температуру видеокарты, перечислены причины отказов и факторы, их вызывающие.

Примерная ситуация, а не реальный случай из практики клиента: сборщик устанавливает верхний вытяжной вентилятор на переднюю панель корпуса с сетчатой передней панелью. Температура процессора немного снижается, но температура видеокарты повышается под игровой нагрузкой. Удаление нового вентилятора и повторение того же теста восстанавливает нормальную температуру видеокарты. Вероятная причина в том, что новый вентилятор поднимает холодный воздух до того, как он достигнет видеокарты. Решение заключается в изменении положения вентилятора, а не в его замене.

Как проверить, вызывает ли положение вентилятора рециркуляцию воздуха?

Проведите повторяемый тест, изменяя по одной переменной за раз. Одна только температура не может доказать рециркуляцию, поэтому сочетайте ее с визуальной проверкой воздушного потока.

1. Настройте нагрузку и помещение. Используйте одинаковую постоянную нагрузку на графический процессор, дождитесь стабилизации температуры и запишите температуру окружающей среды. Сравнивайте показания, ориентируясь на температуру выше температуры окружающей среды, чтобы результаты, полученные в разные дни, были сопоставимы.

2. Записывайте показания нескольких датчиков. Зафиксируйте работу ядра графического процессора, горячую точку графического процессора, корпус процессора и скорость вращения вентилятора. Изменение, благоприятное для процессора, может навредить графическому процессору, как показал тест HAVN.

3. Проверьте направление воздушного потока. Intel рекомендует подержать горящую палочку благовоний рядом с воздухозаборником или выхлопным отверстием, чтобы увидеть, в каком направлении движется дым, соблюдая осторожность с пеплом и тлеющими углями. Проверьте дым у нижнего воздухозаборника: если он закручивается назад или смещается вбок вместо того, чтобы двигаться к графическому процессору, проблема в его траектории.

4. Измените положение одного из вентиляторов. Снимите или переверните недавно установленный вентилятор, или поменяйте местами один из вентиляторов — впускной и выпускной — и повторите тот же процесс.

5. Сравнивайте при схожем уровне шума. Компоновка, которая охлаждается лучше только потому, что каждый вентилятор работает на 100%, не является лучшей компоновкой.

6. Проверьте, что находится в зоне отвода воздуха от видеокарты. В качестве примера Intel приводит твердотельный накопитель M.2, расположенный непосредственно под видеокартой, куда попадает горячий воздух от карты.

Если после изменения температуры ничего не изменится, то, вероятно, не рециркуляция ограничивает производительность в этом месте.

Как правильно расположить вентиляторы, чтобы уменьшить рециркуляцию воздуха, не перегружая процессор?

Сначала разместите систему подачи свежего воздуха к видеокарте, а затем постройте систему отвода воздуха к процессору вокруг неё. В большинстве игровых систем видеокарта создает наибольшую постоянную тепловую нагрузку, поэтому ей нужен самый чистый впускной канал. В руководстве по балансировке охлаждения процессора и воздушного потока видеокарты в одной системе рассматривается этот приоритет, в том числе, почему сборщики часто оптимизируют тот датчик, за которым они следят больше всего, обычно это процессор.

Эти правила вытекают из приведенных выше доказательств:

• Располагайте все вентиляторы на одном пути от притока к оттоку и избегайте размещения вентиляторов, направленных друг на друга, таким образом, чтобы их потоки сталкивались.

• Держите вытяжные вентиляторы подальше от всасывающего канала, особенно от верхнего переднего угла, когда графическому процессору необходим этот поток воздуха.

• Обеспечьте беспрепятственный доступ нижнего воздухозаборника к графическому процессору и не допускайте попадания кабелей в этот канал.

• Выбирайте положение радиатора в порядке приоритета: передний или боковой впуск обеспечивает лучший приток воздуха к процессору, верхний выпуск – к видеокарте.

• Используйте кривые скорости вращения вентиляторов на входе, которые реагируют на температуру графического процессора, чтобы мощность вентиляторов на входе увеличивалась, когда именно графический процессор является источником тепла.

Если вы сравниваете разные корпуса, а не настраиваете один из них, запросите у производителя информацию о расположении и направлении вентиляторов, площади впускного отверстия, типе фильтра, возможности подсоса воздуха из нижнего впускного отверстия к графическому процессору, а также о нагрузке, температуре окружающей среды, скорости вращения вентиляторов и датчиках, используемых при сборе данных о тепловом режиме. Без этих условий тестирования два корпуса невозможно корректно сравнить.

Часто задаваемые вопросы

Что такое рециркуляция воздуха в корпусе ПК?

Рециркуляция воздуха — это процесс, при котором теплый воздух, например, выхлопные газы видеокарты или воздух, нагретый радиатором, затягивается обратно во впускной канал вместо того, чтобы покидать корпус. Это повышает температуру воздуха, поступающего к компонентам, даже если общий воздушный поток кажется достаточным.

Какой тип вентилятора — на вдув или на выдув — следует использовать для вентилятора, расположенного сверху спереди?

Это зависит от кулера и видеокарты. Noctua отмечает, что верхний вентилятор, расположенный ближе к передней части корпуса, может обеспечивать приток воздуха к башеневому кулеру, но над видеокартой с проточным охлаждением он может отклонять воздух и повышать температуру видеокарты. Протестируйте оба варианта с одинаковой нагрузкой.

Увеличивает ли отрицательное давление рециркуляцию?

Само по себе это неэффективно. Отрицательное давление затягивает приточный воздух через вентиляционные отверстия и зазоры, что может помочь видеокарте в корпусе с ограниченным пространством спереди. Компромисс заключается в попадании нефильтрованной пыли. Эффект зависит от того, подают ли эти отверстия воздух туда, где он необходим карте.

Может ли слишком большое количество вентиляторов в корпусе вызвать рециркуляцию воздуха?

Да, косвенно. Дополнительный вентилятор может отводить воздух от видеокарты, создавать помехи другому потоку или располагаться за ограничивающей панелью. Количество вентиляторов редко само по себе является причиной проблемы. Проблема может быть в их расположении, направлении потока и наличии препятствий.

Для видеокарты лучше использовать воздух на входе снизу, чем спереди?

Не автоматически. Нижний воздухозаборник подает воздух непосредственно на карту только тогда, когда отверстие не загорожено и имеется достаточный зазор от пола. Ограничивающий нижний фильтр или ковровое покрытие могут улучшить работу переднего или бокового воздухозаборника.

Как узнать, дышит ли моя видеокарта собственным выхлопом?

Сравните температуру графического процессора, сняв нижний вентилятор или изменив направление его вращения, и понаблюдайте за появлением дыма или запаха гари на входе. Если дым закручивается обратно к карте или температура падает при снятии вентилятора, вероятно, происходит рециркуляция воздуха.

Имеет ли значение расположение болельщиков на трибунах, а не их количество?

Часто да. Опубликованные тесты показывают, что перемещение или замена одного вентилятора может изменить температуру графического процессора на несколько градусов в одном и том же корпусе. После того, как обеспечен достаточный приток и отток воздуха, положение и траектория потока обычно имеют большее значение, чем дополнительные вентиляторы.