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Mein neuer Computer

Gehäuse und Kühlung

(Hier geht's zu Teil 1, Teil 3 und Teil 4)

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Hier fühlt sich mein neuer Computer zu Hause

Abb. 1: Hier fühlt sich mein neuer Computer zu Hause

Alter Computer

Um einen heutigen Computer kühlen zu können, reichen die Massnahmen von vor fast zehn Jahren nicht mehr aus. So war schnell klar, dass ich von meinem alten ATX-Gehäuse Abstand nehmen muss, welches bereits meine erste CPU - ein AMD Duron 700 MHz - beherbergt hat und danach viele weitere Jahre meinen Intel Pentium 4 2.6 GHz (Sockel 478). Die maximal abzuführende Wärmeleistung meines neuen Computers beträgt unglaubliche 453 W (siehe Wärmetauscherauslegung im Teil 3).

Alter Computer, basierend auf einem Pentium 4

Abb. 2: Alter Computer, basierend auf einem Pentium 4

Lian-Li PC-A06 schwarz

Abb. 3: Lian-Li PC-A06 schwarz

Lian-Li PC-A06

Mein altes Gehäuse war für solche Zwecke nicht mehr zu gebrauchen. Das Belüftungs- konzept stammt noch aus den 90er-Jahren und ist vielleicht für 200 W ausgelegt, doch ich muss das Doppelte abführen können. Das neue Gehäuse sollte so kompakt wie möglich und zudem unauffällig-hübsch sein. Da zu meinen silbrigen Peripheriegeräten (Bild- schirm, Tastatur, Kartenlesegerät, externe Festplatte, mp3-Player) vor allem schwarze Gehäuse passen, war die Farbe auch klar. Ich entschied mich für das Lian-Li PC-A06, einem sehr schmalen (18 cm) und niedrigen (39.5 cm) Mini-Tower.

Das Gehäuse ist ausgeklügelt aufgebaut, die Qualität aber katastrophal - es ist lottrig und unter der Gewichtsbelastung der Kompo- nenten dem Schwerefeld unseres Planeten nicht gewachsen (für auf dem Mars wär's ok). Eigentlich logisch, wenn man bedenkt, dass Lian-Li das sonst übliche 0.8 mm bis 1 mm Stahlblech (SECC) kurzerhand durch 1 mm Aluminium ersetzt hat. Zumindest 1.5 mm wären nötig gewesen. Und dann wäre da noch ein Konstruktionsfehler: Die frontseitige Beleuchtung versiegelt das Lüftungsgitter - wobei der Hersteller wahrscheinlich einfach behauptet, dass dieses Lochblech nicht zu Belüftungszwecken vorgesehen war... Nie wieder ein Lian-Li-Gehäuse!

Front mit untauglicher Beleuchtung

Abb. 4: Front mit untauglicher Beleuchtung

Kühlkonzept mit einem einzigen Lüfter (plus Netzteillüfter zyklisch)

Abb. 5: Kühlkonzept mit einem einzigen Lüfter (plus Netzteillüfter zyklisch)

Das erste WaKü-Konzept

Erste Versuche ergaben schnell, dass ich eine Wasserkühlung brauche. Zudem wollte ich die ganze Wärmeabgabe auf einen einzigen Lüfter beschränken, welcher im Wärmetauscher sitzt. Das heisst auch das Netzteil ist von Typ "Semipassiv" - der Lüfter springt nur bei Überhitzungsgefahr an. Da der Wärmetauscher (und das Netzteil im Überhitzungsfall) die warme Luft nach vorne ausstösst, musste ich nur dafür sorgen, dass die Luft möglichst ungehindert von hinten und unten angesaugt werden kann.

CPU-Kühler

Die CPU unter Wasser setzen verlief absolut unproblematisch. Ich habe mich für die sehr preisgünstige 1366er-Variante des "Cuplex PRO Rev. 3" von Aquacomputer entschieden. Wie so viele Kühler von Aquacomputer besitzt er 1/4"-Anschlüsse. Die Verbindung mit dem Mainboard stellen vier Schrauben her, die von hinten durch das Mainboard gesteckt und mit Muttern befestigt werden. Dann kommt der Kühler drauf, die vier Spiralfedern und zuletzt die Rändelmuttern. Links vom CPU-Kühler befindet sich der Chipsatzkühler, welcher allerdings nur mit zwei Schrauben befestigt wird - reicht auch.

Aquacomputer Cuplex PRO Rev. 3 (rechts) und Alphacool NexXxoS NBX-i2 (links)

Abb. 6: Aquacomputer Cuplex PRO Rev. 3 (rechts) und Alphacool NexXxoS NBX-i2 (links)

Ursprungszustand, saubere Oxidation von Methylacetylen-Propadien mit reinem Sauerstoff, Cu48Ni10Zn42 in flüssiger Form und das Resultat (v.o.l.n.u.r.)

Abb. 7: Ursprungszustand, saubere Oxidation von Methylacetylen-Propadien mit reinem Sauerstoff, Cu48Ni10Zn42 in flüssiger Form und das Resultat (v.o.l.n.u.r.)

Chipsatzkühler X58

Selbstverständlich wird bei mir auch der Chipsatz wassergekühlt. Der ursprüngliche Kühler mit Lüfter war ohrenbetäubend! Leider gab's zu diesem Zeitpunkt noch keine Lösung für den X58-Chipsatz, was aber mit der entsprechenden Ausrüstung kein Problem ist. Also nahm ich einen "NexXxoS NBX-i2" von Alphacool und machte ihn mit U-Scheiben, Autogenschweissgerät Roxy 110L und Neusil- ber-Hartlot passend. Manchmal frage ich mich, wie Leute ohne schwere Ausrüstung wie Schweissgeräte, Drehbank oder Bohrhammer einen Computer zusammenhämmern...

Festplatte

Herkömmliche mechanische Festplatten ma- chen bekanntlich beträchtlich Krach, geben viel Wärme ab, dürfen aber nicht zu heiss werden. Alles klar, die Caviar Black wird kurzerhand in ein "Silentstar HD-Single Rev.2" von Watercool eingebaut. Dieser kühlt die Platte seitlich und bietet rundherum eine schallabsorbierende Schaumgummi-Bitumen-Schicht. Der Einbau ist kinderleicht. Danach wird die schwarze 5¼"-Blende mit der Blechschere passend gemacht und ange- schraubt.

Über Grafikkarte und Wärmetauscher verliere ich keine Worte, da diese in separaten Berichten (Teil 3, Teil 4) beschrieben sind.

Meine WD Caviar Black kommt kurzerhand in ein Silentstar HD-Single Rev.2 (hier geöffnet)

Abb. 8: Meine WD Caviar Black kommt kurzerhand in ein Silentstar HD-Single Rev.2 (hier geöffnet)

Laing-Pumpe im geöffneten Silentstar-Gehäuse

Abb. 9: Laing-Pumpe im geöffneten Silentstar-Gehäuse

Pumpe

Über WaKü-Pumpen kann man ganze Bücher füllen. Für mich war klar, dass sie höchst kompakt sein soll, womit die Wahl auf die "Laing DDC-1 Plus" fiel (umgebrandet als "Swiftec"). Die normale Version war leider nicht erhältlich, womit ich eben auf die besonders leistungsstarke Plus-Version (600 dm3/h) zurückgreifen musste. Um sie einigermassen ruhig zu stellen, kam sie kurzerhand in ein "Silentstar DDC-Box LT" von Watercool - wofür sie mechanisch noch etwas bearbeitet werden musste. Ein strömungs- optimierter Deckel oder gar ein Aufsatz-Ausgleichsbehälter kam damit nicht in Frage. Tipp: Die (in kochendem Wasser weich gemachten) Schläuche bringt man problemlos übergestülpt, wenn man die Zapfen mit Silikonfett etwas einschmiert. Danach gehört unbedingt eine Schlauchbride drüber!

Ausgleichsbehälter

Als Ausgleichsbehälter (AGB) dient ein Fässchen "Aquatube" von Aquacomputer. Dieses sieht nicht nur chic aus, es ist auch unheimlich praktisch. Ich baue es in den Gehäusedeckel ein, so lässt sich jederzeit beurteilen, ob genug Wasser im System ist. Gleichzeitig wird das Befüllen zum Kinder- spiel: Deckel weg, Destwasser respektive Ehylenglykol (1,2-Ethandiol) rein, Deckel zu. Das geht im laufenden Betrieb auch ganz ohne Kleckser und Spritzer. Mit 1.6 dl fasst dieser AGB auch genug Wasser, um seinem Zweck gerecht zu werden.

Schwarz eloxierter AGB aus einem vollen Aluzylinder gedreht

Abb. 10: Schwarz eloxierter AGB aus einem vollen Aluzylinder gedreht (angeblich 1 kg)

Deckel mit eingebautem AGB

Abb. 11: Deckel mit eingebautem AGB

Dieses Fässchen (bitte kein Bier einfüllen!) kommt in den Deckel, da es dann superleicht befüllt werden kann. Zudem kann es auch etwas Wärme an die Aluminiumoberfläche abgeben, womit es gleich den Funktion eines (zugegebenermassen schwachen) Wärme- tauschers übernimmt. Ein Beleuchtungsmodel mit blauer LED sorgt für gute Stimmung - doch nur für kurz, denn nach wenigen Wochen war dann die Diode hinüber. Wahrscheinlich war der Widerstand falsch berechnet (nicht von mir!). Die in Abb. 11 sichtbaren Kabel kommen vom USB/Audio-Anschlussterminal.

Befüllt wird die WaKü mit Glykol und Destwasser. Zu Beginn ist noch viel Luft im System, was auch an den Geräuschemissionen der Pumpe auffällt. Vor allem die Radiatoren sind etwas widerspenstig diesbezüglich. Die Luft ist schnell draussen, wenn man das Gehäuse mal etwas nach links und rechts kippt - bei laufender Pumpe aber ausge- schalteter Festplatte. Insgesamt passen geschätzte 7 bis 8 dl Flüssigkeit ins System (leider nicht gemessen). Eigentlich erstaunlich wenig, finde ich.

Das Befüllen der Wakü ist ein Kinderspiel

Abb. 12: Das Befüllen der Wakü ist ein Kinderspiel

8/10er Schlauch kollabiert bei der starken Laing-Pumpe (oben), daher mussten Spiralen her (unten)

Abb. 13: 8/10er Schlauch kollabiert bei der starken Laing-Pumpe (oben), daher mussten Spiralen her (unten)

Verschlauchung

Die Verschlauchung erwies sich zunächst als ungeeignet: Der PVC-Schlauch mit 10 mm Aussendurchmesser und 8 mm Innendurch- messer kollabiert am Pumpeneinlass komplett. Es strömt zwar noch immer etwas Wasser durch, sozusagen ein Rinnsal, aber die Situation wird sich mit zunehmendem Alter der Schläuche und der Pumpe wohl nicht gerade verbessern. Als Abhilfe winde ich Kunststoffspiralen um den Schlauch. Funk- tioniert tiptop und sieht erst noch schön aus.

Alternativ hätte man wohl dickere und insbesondere dickwandigere Schläuche ein- setzen können, z.B. mit 16 mm Aussen- durchmesser und 10 mm Innendurchmesser. Diese sind aber im engen Gehäuse schwieriger zu verlegen und die Verschlüsse gibt's nicht mit 1/8"-Gewinde (AGB, CPU), sondern bloss mit 1/4"- und 3/8"-Gewinde (Radi). Eine andere Alternative wären gewebeverstärkte Schläuche ("Gartenschlauch") gewesen.

Der erste Testlauf

Endlich kommt der Tag X und der Computer mit der Wakü wird in Betrieb genommen. Da er ja vorher mit LuKü problemlos lief, beschränkte sich die Testphase auf das Beobachten der Temperaturen und auf allenfalls vorhandene Lecks oder sonstige Kalamitäten. Die gute Nachricht: Keine Lecks, alles bestens. Die weniger gute Nachricht: Bereits nach wenigen Minuten Betrieb wurde klar, dass die Wärme sich irgendwie staut und die Komponenten viel zu heiss werden lässt. Als Notabhilfe bestellte ich mir flugs einen Scythe Ultra Kaze DFS123812L mit unglaublichen 227 m3/h (38 mm Gehäuse- tiefe, 3000 rpm). Dabei war der ursprüngliche SilenX iXtrema Pro 18dBa mit 153 m3/h (38 mm; 1400 rpm) ja auch nicht von schlechten Eltern.

Ersatzlüfter als erste Gegenmassnahme gegen Hitzestau

Abb. 14: Ersatzlüfter als erste Gegenmassnahme gegen Hitzestau

Temperaturentwicklung von Mainboard, CPU und GPU mit beiden Lüftern im Vergleich

Abb. 15: Temperaturentwicklung von Mainboard, CPU und GPU mit beiden Lüftern im Vergleich

Bringt's was? Und wie! Kein Hitzestau, das Temperaturproblem wäre damit beseitigt. Abb. 14 zeigt eine durchschnittliche Temperatur- reduktion um 20 K bei CPU und GPU sowie 10 K auf dem Mainboard. Na ja, leider bei unerträglichem Lärm. Klingt ungefähr so, wie ein Staubsauger aus einem Mikrometer Entfernung. Sogar meine musikalische Nach- barin drei Stockwerke unter mir hat den Lüfter gehört. Ein paar Tage später war klar, dass ich umbauen muss - also nicht die Wohnung, sondern den Computer respektive dessen Belüftungskonzept. Es war ja sowieso klar, dass dieser Tornado keine Lösung sein konnte.

Das zweite WaKü-Konzept

Die Grundidee, einen einzigen Lüfter einzu- setzen, um damit die Geräuschemissionen niedrig zu halten, ist kreuzverkehrt. Das Gegenteil scheint besser zu sein: Möglichst viele Lüfter, diese aber mit sehr niedriger Drehzahl einsetzen. Eigentlich logisch, so wird der gleiche konvektiven Wärmetransport bei niedrigerer Strömungsgeschwindigkeit er- reicht. Doch wo könnten weitere Lüfter hin? Sicherlich sollte der Netzteilventi konstant laufen (anstatt semipassiv). Da ich seitlich keine Lüfter möchte - zwecks flexiblerer Aufstellmöglichkeiten - bleibt nur noch der Deckel. Denn gleichzeitig saugen und blasen bringt bestenfalls einen grösseren Druckgra- dienten, aber kaum höhere Volumenströme bei niedrigem Strömungswiderstand. Lüfter im Deckel sind auch sinnvoll, da sie durch die natürliche Konvektion unterstützt werden.

Verbessertes Kühlkonzept mit Zusatzlüftern im Deckel und konstant laufendem Netzteillüfter

Abb. 16: Verbessertes Kühlkonzept mit Zusatzlüftern im Deckel und konstant laufendem Netzteillüfter

Ja, so kann man grosse Löcher auch in dünne Bleche machen (passend mit Holz unterlegt)

Abb. 17: Ja, so kann man grosse Löcher auch in dünne Bleche machen (passend mit Holz unterlegt)

Es hat leider wenig Platz im Deckel. Erstens ist da bereits der Ausgleichsbehälter montiert. Und zweitens sind die beiden Rahmenschienen des Gehäuses sehr nahe beieinander, so dass 120 mm Lüfter gerade eine Spur zu breit sind, als dass sie dazwischen passen würden. Zudem ist die Lüfter-Standardtiefe von 25 mm zu gross, so dass die oberen Mainboard-Stecker nicht mehr reinpassen würden. Scythe hat eine gute Lösung mit 100 mm Lüfter, welche eine Tiefe von nur 12 mm aufweisen. Bei 2000 rpm erreichen sie immerhin 48 m3/h. Zwei davon passen gerade rein. Aber Vorsicht, die Lüfterblätter sind messerscharf!

Zwei 100 mm Lüfter mit gerade mal 12 mm Tiefe

Abb. 18: Zwei 100 mm Lüfter mit gerade mal 12 mm Tiefe

Hier komplett montiert inklusive Ausgleichsbehälter (kleines Bild: Einschwärzen der Lüfteretikette)

Abb. 19: Hier komplett montiert inklusive Ausgleichsbehälter (kleines Bild: Einschwärzen der Lüfteretikette)

Zweifellos sinnvoll ist eine temperaturge- regelte Lüfterdrehzahl, da sowohl CPU als auch Grafikkarte bei Büroarbeit deutlich weniger Wärme produzieren als während 3D-Spielen. Bei letzteren werden allfällige Geräusch- emissionen von den Lüftern locker vom Spielesound übertönt. Die Pumpleistung spielt kühlungstechnisch hingegen keine Rolle, da der Massenstrom des Wassers auch bei sehr niedrigen Pumpendrehzahlen längst ausreicht, um praktisch keine Temperaturdifferenzen im Wasserkreislauf aufkommen zu lassen. Aus audiophilen Gründen muss die Pumpe unbe- dingt gedrosselt werden, auch wenn eine Regelung nicht notwendig ist. Die Laing DDC-1 Pro ist leider ziemlich garstig - ungedrosselt sehr laut (selbst im gedämpften Gehäuse "Silentstar" von Watercool), gedrosselt möchte sie aber nicht mehr anspringen. Daher die Schaltung in Bild 11, welche 20 s lang die vollen 12 V liefert, danach aber auf 8 V reduziert.

Erster Versuch zur Anlaufsteuerung der Pumpe

Abb. 20: Erster Versuch zur Anlaufsteuerung der Pumpe

Schaltplan der verbesserten Selbstbau-Anlaufsteuerung der Pumpe

Abb. 21: Schaltplan der verbesserten Selbstbau-Anlaufsteuerung der Pumpe

Leider hat sich diese erste, sehr einfache Version zum Sanftanlauf (im wesentlichen ein MOSFET, der über ein RC-Glied verzögert eine Zenerdiode überbrückt) hat sich nicht be- währt. Sie rauchte kurzerhand ab. Da hat der Autor wohl die Stromstärke etwas unter- schätzt... Anstatt nun strompotentere Bauteile zu kaufen, habe ich mir eine bessere Schaltung überlegt (Abb. 21). Mit dem Umzug nach Tallahassee hat sich das Projekt aller- dings etwas verlaufen und ich habe mich an das Pumpgeräusch gewöhnt. Zudem habe ich auch zwei kommerzielle Produkte gefunden, die dem hohen Anlaufstrom der Laing-Pumpe trotzen:

  1. Aquacomputer Poweradjust 2 Ultra
  2. mCubed T-Balancer miniNG

Sind aber beide mit Mikrocontroller und USB, also "overkilled" für so eine simple Aufgabe. Zur Zeit läuft die Pumpe ungedrosselt.

Temperaturwerte (synthetisch)

Im Falle von Office-Arbeiten brauche ich nicht viele Worte zu verlieren. Bei einer Um- gebungstemperatur von ca. 27C ergaben sich nach ungefähr einer Stunde die folgenden stationären Temperaturwerte: 45C CPU-Kern, 63C Grafikkarte, 55C Festplatte und 48C Mainboard. Die Festplattentemperatur dünkt mich etwas hoch.

Interessanter wird die Sache, sobald die Komponenten belastet werden. Lasse ich Prime95 laufen, wird die CPU voll belastet, die Grafikkarte bleibt aber weitgehend unbe- schäftigt. Die CPU-Temperatur springt schlag- artig um 27 K auf 72C (danach gemächlich steigend). Wenn die geschätzte Leistungs- zunahme 100 W beträgt, kann daraus der Wärmewiderstand Die-Wasser mit 0.27 K/W abgeschätzt werden.

Wirklich interessant ist aber der Worst-case von voller CPU- und GPU-Last. Dazu lasse ich parallel Prime95 und Furmark laufen mit allen Einstellungen ausgemaxt. Abb. 22 zeigt das Resultat: CPU und GPU liefern sich ein Wettrennen um die höchste Temperatur, welches letztendlich von der GPU mit 90C gewonnen wird. Uiii, das sieht aber gefährlich aus!

Temperaturwerte unter Vollast mit Prime95 und Furmark, alle Einstellungen ausgemaxt

Abb. 22: Temperaturwerte unter Vollast mit Prime95 und Furmark, alle Einstellungen ausgemaxt

Realistische Maximalbelastung (hier WoW)

Abb. 23: Realistische Maximalbelastung (hier WoW)

Temperaturwerte (realistisch)

Der oben geschilderte Maximalfall ist ziemlich unrealistisch. Würde er aber tatsächlich eintreten, würde ich längerfristig ein früh- zeitiges Ableben meiner Komponenten be- fürchten.

Spiele ich längere Zeit WoW, steigen die Temperaturwerte nach 90 min auf 57C CPU-Kern, 70C Grafikkarte und 51C Mainboard. Die Umgebungstemperatur betrug ca. 27C. Diese Werte sind meines Erachtens absolut in Ordnung. Einzig die Festplatte hätte ich gerne immer unter 50C, wovon ich weit entfernt bin. Die Wassertemperatur beträgt wohl bereits über 50C. Ich denke aber sowieso darüber nach eine SSD als Systemplatte zu verbauen, womit dann die HDD nicht mehr so intensiv genutzt würde (insbesondere wenn ich WoW auf die SSD installieren würde).

Fazit

Die Gehäusemodifikationen waren sehr aufwendig, das Resultat kann sich aber sehen lassen. Die Kombination aus sehr schneller Hardware mit winzigem Gehäuse zwingt zu Kompromisslösungen. Mein Kompromiss lautet: Für Office-Anwendungen flüsterleise, bei Computerspielen darf es aber ein wenig rauschen. Würde ich nochmals von vorne beginnen, würde ich allerdings eine andere Lösung bevorzugen: Ein lüfterloser Computer kombiniert mit einem externen Wärmetauscher, z.B. sowas wie ein Aquaduct (aber natürlich selbstgebaut - vielleicht gar mit Peltier-Element). Dann kann man die Geräuschquelle Pumpe auch etwas weiter entfernt aufstellen. Um die Sache portabel zu halten, empfehlen sich auftrennbare Schlauchverbindungen. Auch energietechnisch wäre das eine gute Lösung: Im Winter kann ich damit die Wohnung heizen, im Sommer hingegen die Abwärme durch den Tumbler-Abwärmeschacht direkt nach aussen blasen, was die Klimaanlage entlastet.

Zusammengefasst würde ich folgendes ändern:

  • Zweimal überlegen, ob ich wirklich eine WaKü brauche (sehr empfehlenswerter Artikel übrigens!)
  • Externer Wärmetauscher als Einheit mit Pumpe und Lüfter
  • Grafikkarte fixfertig mit Kühler kaufen (z.B. bei Aquacomputer)
  • Grösserer Schlauchdurchmesser
  • Festplatte evtl. luftgekühlt
  • Besseres Gehäuse, z.B. Aerocool QX2000

(Hier geht's zu Teil 1, Teil 3 und Teil 4)





Autor: info@lugra.ch
Datum: 15. August 2010