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Horst Schumacher

Vorteile des Wasserkühlsystems

Die Installation der Wakü ist simpel. Ein Schrauber, der einen PC zusammenbauen bzw. ein Mainboard auswechseln kann, benötigt dafür im Alleingang etwa 6-10 Std.
Das konkurrenzlose Wasserkühlsystem besitzt nur Vorteile: Staub ansaugende Lüfter entfallen. Das Schlafzimmer ist daher der denkbar ungünstige Aufstellungsort. Falsch ist auch der Standort neben der Heizung, Wand, im Regal und die direkte Sonneneinstrahlung am Fenster.
Der Silent-PC benötigt einen entsprechend dimensionierten Radiator (z. B. der empfehlenswerte Noisekiller Zahlman Reserator 1 Plus mit im Radiator integrierter Pumpe oder 1A-Silent Lord). Ebenso entfällt die bei Wasserkühlung unnötige Wartung eines mit zig Ventilatoren ausgestatteten PC-Inneren, das durch Staubinfiltration infolge der Luftfördermenge von tägl. 2000-3000 Kubikmetern stets stark verunreinigt wird. Die Kühlleistung verliert mit der Zeit evtl. durch Staubbelastung erheblich an Effizienz.

Luftkühlung wird 60-70 °C heiße Prozessoren selbst bei 2500-4500 UPM kaum auf ein Niveau konstant halten können, das die Raumtemperatur höchstens um 10 Grad übersteigt.
Jedes Grad Celsius über die Normaltemperatur erhöht z. B. die Fehlerquote einer Festplatte um 2-3 Prozent. Die empfindlichen Festplattenlaufwerke sind daher auf eine möglichst konstante Temperatur auf Höhe des Normalwerts zu betreiben, um Datenverlust durch frühzeitige Ausfälle zu vermeiden. Bei Festplatten garantieren die Hersteller eine sichere Funktion bis max. 55 °C. Lt. Saegate besitzen Festplatten eine 2-4x größere Ausfallwahrscheinlichkeit, die statt bei 25 bei 40 oder 56 Grad Celsius betriebenen werden.
Pentium IV 3.2 GHz Maximaltemperatur bei 84 Watt 67.7 °C, die 110 °C nicht überstehen. Intel Dual-Core Prozessoren verkraften die Hitze weit weniger und schalten sich bereits bei 70 °C automatisch ab.

Die Miniaturisierung und Vervielfältigung der Microchips durch die UV-Fotolithographie im ultravioletten Licht erreicht den Endpunkt (Transistorgröße 65 nm - bei Strukturgrößen unter 100 Nanometer spricht man von Nanotechnik). Die Röntgenlithographie ist zu problematisch und die EUV-Lithographie befindet sich noch im Experimentierstadium. Die Pentium-Entwicklung konnte die 4-GHz-Grenze daher nicht erreichen. Der neue BTX Formfaktor mit Luftkühlung hätte die zu groß gewordene Wärmeenergie nicht mehr bändigen können und eine spezielle Klimaanlage, Tiefkhlung oder Wasserkühlung wäre notwendig geworden. Erst extreme Tiefkühlung verringert den elektrischen Widerstand extrem. Die Tiefkühlung und Supraleitfähigkeit ist daher für die Mikroelektronik von großer Bedeutung. Im tiefgekühlten Fluorkohlenstofftank liegende Supercomputer erreichen nahe des absoluten Temperaturnullpunkts (0° Kelvin = - 273,15 °C) Subraleitfähigkeit bzw. einen hohen Geschwindigkeitszuwachs.
( http://www.asuscom.de/support/FAQ/faq100_cooling.htm). Die Temperatur in PC-Chassis darf lt. Intel keinesfalls über 38 Grad ansteigen. (http://www.intel.com/cd/channel/reseller/ emea/deu/172450.htm). (Lt. Geräte-Spezifikation sind bei Monitore nur Umgebungsbedingungen im Bereich von 5 °C bis 35 °C zulässig.)

In nicht klimatisierten Räumen wird bei Luftstromkühlung aktueller 2-3.7 GHz CPU dieses Limit jedoch besonders im Hochsommer bei einer Außentemperatur von etwa 40 °C überschritten und wesentlich höhere Innentemperaturen erreicht, so dass die Intel Temperaturspezifikation ein thermisch optimiertes PC-Gehäuse vorschreibt (PC mit neuem BTX Formfaktor). Die thermisch dafür häufig nicht optimalen Chassis müssten ohne Verkleidung betrieben werden, ansonsten man den Absturz eines instabilen PC, Festplattenausfälle, Datenverluste usw. riskiert, da bei geschlossenem PC-Gehäuse die Ventilatoren der Komponenten nur die sich aufheizende Innenluft ansaugen können (eine ausgelagerte Wakü ist unabhängig). Dies erfüllt zudem weder die Strahlungsnorm noch werden die Geräusche durch hohe Drehzahlen der Lüfterrotoren reduziert. Sollten Ventilatoren die Außenluft zusätzlich ansaugen ist das Abnehmen der PC-Seitenteile nicht ratsam, sonst versagt die kühlende zu- und abführende Luftzirkulation im Gehäuse. Diese geregelte Luftströmung unterbinden oftmals im Weg liegende, breite statt runde Datenkabel und die vielen Anschlußkabel des Netzteils.
Die Reduzierung der Temperatur um 20-30 Grad kann die Lebensdauer der Bauteile erheblich verlängern. Ein wassergekühles Netzteil erhöht die Stabilität des PCs und senkt weiter die Brandgefahr im Server-Dauerbetrieb. Dass die Temperatur sehr schnell abführende Wasserkühlsystem ist auf alle Fälle die bessere Wahl.

Die Wasserkühlkomponenten Pumpe mit Ausgleichsbehälter, Kühler und Radiator (Wärmeaustauscher) bilden einen geschlossenen Kreislauf. Die Pumpe saugt das erwärmte Wasser aus dem Ausgleichbehälter an und pumpt es direkt durch den Radiator wo es abkühlt und direkt in den CPU-Kühler und die daran angeschlossenen Nebenkühler zurück in den Ausgleichbehälter fließt wo die Pumpe das Wasser wieder ansaugt.
Der CPU-Kühler erhält demzufolge bei folgender Verbindung der Komponenten das kälteste Wasser im Kreislauf: Schlauchverschraubung der Pumpe direkt mit dem Eingang des Radiators verbinden, dessen Ausgang direkt mit dem Eingang des CPU-Kühlers, dessen Ausgang mit dem Eingang des Grafikkarten-Kühlers, dessen Ausgang mit dem Eingang des Mainboard-Kühlers und dessen Ausgang mit dem Ausgleichsbehälter. Manche Systeme ziehen den Grafikchip vor und kühlen die CPU zuletzt.

Das System sollte vor dem fertigen Einbau ausgiebig (min. 1-2 Std.) auf Dichtheit geprüft werden. Die Kühlkörper zur Abmessung der Schlauchlängen zuvor besser nur provisorisch anhalten. Erst danach die auf die richtige Länge zugeschnittenen Schlauchteile installieren und die Kühlkörper (KK) so platzieren, dass man das System befüllen und gefahrlos testen kann. Bei positivem Test die endgültige Montage mit Wärmeleitpaste vornehmen.
Im Alleingang ist der Einbau der Kühlelemente ohne bereits installierte, befüllte Schläuche jedoch viel bequemer und sicherer zu bewerkstelligen. Evtl. nach dem Test oder zuvor vorgemommener Reinigung des Wasserkreislaufs mit destilliertem Wasser, die Schläuche zugunsten der leichter durchführbaren Verschraubung demontieren. Bei heutiger Materialqualität der Fertigungsprozesse und penibler Überprüfung aller bis zum Anschlag aufgesteckten und handfest angezogenen Schlauchverbindungen auf Dichtheit, ist ein Flüssigkeitsaustritt sicher auszuschließen. Bei externer Pumpe und Radiator müssen die Schläuche zudem durch Öffnungen der Blende des Maindboard-Montagebleches geführt werden, andernfalls sich die Seitenteile des PC-Gehäuses nicht schließen. Bei Grafikkarten- und Mainboard-Kühler sind evtl. Teile der Halterung zu montieren, bevor die Schraubverschlüsse befestigt werden.

 

Der Set ist zumeist bis auf die Kühlflüssigkeit und Wärmeleitpaste komplett. Bis die Luftblasen aus dem System entwichen sind, benötigt ein Wasserkühlsystem max. 0.7-1 Liter Kühlflüssigkeit. Destilliertes Wasser bietet jede Tankstelle, wobei spezielle Fertigmischungen geeignet sind das System vor Korrosion, Algen und Ablagerungen usw. zu schützen. http://www.ocshop .de/shop/de_DE/produkte/id_is_3446_and_Korrosionsschutz.html. 

Vor dem Einbau schützt eine Folie die geschliffene Kontaktfläche. 

Pumpe, Kühlmittel, Kühler-Sockel mit Halter, CPU-, Grafikkarten- und Mainboard-Kühler, Schraubverschlüsse usw.

Schlauchverschraubungen mit dem Ein- und Ausgang von CPU-Kühler (mit in und out markiert), Radiator, Ausgleichsbehälter, Grafikkarten und Mainboard-Kühler mittels Werkzeug fest verschrauben. Die Schlauchverschraubung der empfindlichen Pumpe nur leicht anziehen, da diese leicht überdreht werden kann. Bei Grafikkarten- und Mainboard-Kühler zuvor Teile der Halterung montieren und anschließend die Schraubverschlüsse.

Radiator mit zwei 120 mm Lüfter

Radiator und Pumpe sollten besser außerhalb des PC-Gehäuses an der kühlen Außenluft betrieben werden, da die Betriebstemperatur im PC-Gehäuse die Zimmertemperatur weit übersteigen kann. Der ganze Aufwand ( http://www.innovatek.de/ ) lohnt sich nur bei konsequenter Installation die alle Komponenten (Festplatten) einschließen. Bei Austausch der Grafikkarte alle 4-5 Jahre lohnt sich evtl. der Aufwand eines speziellen Wasserkühlers nicht.
Verschraubung zweier 120 mm Lüfter mit dem Radiator. Adapterkabel 3 Pin auf 4 Pin meist im Lieferumfang. Bei 12 V entspricht das Brausen zweier 120 mm Lüfter, die im 5 V Betrieb wesentlich leiser surren, fast dem Geräuchpegel eines Zimmerventilators. Lautstarke Lüfter sind bei Spielgeräuschen i. Allg. ohne Belang. Im Gegensatz dazu ist bei überwiegender mentaler Tätigkeit evtl. ein Silent-PC wünschenswert. Man kann einen überdimensionalen Wärmetauscher ohne Lüfter oder einen normalgroßen Radiator mit nur einem oder vier Lüfter bei 5 oder 7 V betreiben, zudem sämtliche Lüfter aus dem PC entfernen und die passive (nahezu lüfterlose) Wasserkühlung auch der Festplatten bevorzugen. (Ob ein für zwei Lüfter ausgelegter Radiator mit 1 oder 2 Lüfter betrieben wird, macht bei 12 V in der Kühlleistung keinen großen Unterschied.) Jedoch führt erst die spezielle Reduzierung des enormen Noise-Pegels mehrerer Festplatten, die Ausschaltung aller Lüfter und die Ausstaffierung des PC-Gehäuses mit Dämmaterial zum Silence-PC, sofern auch das PC-Netzteil wassergekühlt wird.
  
Montierung des Prozessor-Kühlers . Um den alten Kühler mit Lüfter entfernen und den neuen Kühler montieren zu können, muss das Mainboard vollständig ausgebaut werden.
 
Pentium 4 LGA775 Sockel mit entferntem Ventilatorkühler.

Um den Lüfter zu entfernen, Ventilatorkabel vom Stromstecker trennen. Jedes der vier Befestigungen um 1/4 gegen den Uhrzeigersinn drehen. Den massiven Kühlkörper festhalten, Mainboard vorsichtig umdrehen und prüfen ob die Verankerung sich löst.

Sollte der nicht mehr vom Prozessor-Ventilator mitgekühlte Spannungswandler viel Abwärme produzieren, ist dieses Teil  mittels Lüfter extra zu kühlen. Evtl. ist dafür der vom Kühlkörper leicht zu lösende, mittels Kabelbinder fixierbare CPU-Ventilator geeignet.

Gereinigter Sockel. Die Rückstände alter Wärmeleitpaste lassen sich mit einem Taschentuch leicht entfernen. Die Paste keinesfalls mittels Materialien (Papiertaschentuch o.ä.) verstreichen oder entfernen die sich elektrisch aufladen. Weder Fusseln noch Staub dürfen zwischen Kühler- und CPU-Fläche gelangen.  

Prozessorsockel mit Wasserkühler.

Kühler-Halterung

Halterung montiert.

Halterverschraubung auf der Unterseite des Maindboards.

Entfernen der Schutzfolie des CPU-Kühlers.

Bestreichen mit Wärmeleitpaste. Statt der Silikone oder Metalloide beinhaltende Wärmeleitmittel werden jetzt die mit flüssiger Metalllegierung bevorzugt. Diese neuen Wärmeleitmittel reduzieren den thermischen Widerstand zwischen Heat-Spreader der CPU und Kühlkörper gegenüber den Vorgängern um den Faktor 5-10. 
Die minimale Unebenheiten von Kühlkörper und DIE (CPU-Kern) ausgleichende Paste nur hauchdünn auftragen, damit die Teile größtmöglichen Kontakt haben. Je dünner die Paste, umso besser die Wärmeableitung.
http://www.computerbase .de/artikel/hardware/gehaeuse_kuehlung/2004/neun_waermeleitpaste n/
Wärmeleitmittel härten mit der Zeit aus. Bei Verlust der thermischen Leitfähigkeit müssen altersschwache Kühlpasten ersetzt werden.  



Fertig montierter CPU-Kühler. Anziehen der Spannschraube.

Installation des Grafikkarten-Kühlers.

Lochhalter. Der Lüfter der Grafikkarte (nVidia) ist mit zwei Haken (roter Kreis) befestigt die sich mit der Zange leicht lösen lassen.

Entfernter VGA-Lüfter.
Vor Aufsetzen des Kühlers etwas Wärmeleitpaste zweiseitig hauchdünn auftragen.

Dadurch fehlt die kühlende Luftströmung für die 8 Speicherbausteine der Grafikkarte. Die Grafikspeicher sollten daher mit Wärmeleitkleber zu befestigende oder selbsthaftende Passivkühlern bestückt werden die in der Regel völlig ausreichen. 


 

Montierter VGA-Wasserkühler. Die Konstruktions- und Befestigungsmerkmale der Kühler sind vom Hersteller abhängig. Details können der jeweiligen Montaganleitung des Set entnommen werden.

Speziell für nVidia-Grafikkarten konzipierte Kühlkörper blockieren keinen PCI-Slot und die Kühlfläche schließt auch die Speicherbausteine optimal ein.

Installation des Maindboard-Kühlers.

Der alte Kühlkörper (s. Montage-Abb. des CPU-Kühlkörpers) ist mit dem Mainboard entweder mit Loch- oder Hakenhalter verbunden. In jedem Fall ist dieser leicht zu entfernen.

Montierter Mainboard-Kühler. Details sind der jeweiligen Montageanleitung entnehmbar.
Ein wenig Wärmeleitpaste auf Kühler und Chip auftragen.
Eine kleine Schraube (roter Kreis) ersetzt eine Rändelschraube bei der leider das Gewinde fehlt.

Hakenhalter.

Hakenhalter erlauben nur einen leichten Andruck des Kühlers. Die Rändeln auf keinen Fall stark anziehen; denn wenn ein Haken sich löst muss das Mainboard erneut ausgebaut und ein ungünstig plazierter Halter verwendet werden.
Der Kühler darf nicht auf die zu kühlende Fläche verkantet aufliegen. Hakenhalter locker anziehen und nach dem Einbau nur so leicht, dass der Kühler plan aufsitzt. 
Auf keinen Fall Sekundenkleber o.ä. anwenden. Auch wenn es in einschlägigen Foren geraten wird.
 

 

Schraubverschlüsse der Wasserkühlkomponenten verbinden.

Entlang der Rändelkante lässt sich der Schlauch exakt schneiden. Schraubverschlüsse sind die bessere Wahl, da Schnellverschlusskupplungen unzuverlässig sind und den Durchfluss bremsen können.

Schlauch auf den Schraubverschluss fest aufstecken

und handfest (ohne Werkzeug) wasserdicht verschrauben.

Mainboard-Montageblech des PC-Gehäuses.

Schlauchverbindung des CPU-Kühlers (out) mit dem Eingang des Grafikkarten-Kühlers, dessen Ausgang mit dem Eingang des Mainboard-Kühlers verbunden ist.

Der Ausgang des Radiators wird mit dem Eingang (in) des CPU-Kühlers und der Ausgang des Mainboard-Kühlers mit dem
Ausgleichsbehälter verbunden. Die Verbindung der Pumpe mit dem Eingang  des Radiators schließt den Kreislauf.

Länge bzw. Höhe der Schläuche entsprechen der Breite des Chassis, damit die Seitenteile noch passen.






Schläuche bis zum Anschlag auf die Schraubverschlüsse aufstecken und sämtliche Rändelschrauben der Schläuche handfest anziehen. Befüllen des Systems mit wenig Wasser und dabei sämtliche Schlauchverbindungen auf Dichtheit prüfen.
Befüllen des Ausgleichsbehälters mit Kühlflüssigkeit, bis die Pumpe nur noch Wasser fördert.

Stecker der Pumpe fest in die Steckerleiste einrasten, ansonsten sich der Rechner wegen Überhitzung der CPU nicht einschalten lässt. Bei Verwendung einer gemeinsamen Steckerleiste besteht keine Gefahr das Einschalten der Kühlung zu übersehen.

Der Ausgleichsbehälter (AB) dient zum Befüllen, Wasseraustausch, Auffüllen, wenn nach einiger Zeit der Wasserstand durch Diffusion fällt, wodurch die dadurch Luft ansaugende Pumpe laute Laufgeräusche erzeugt, und zur Abscheidung unerwünschter Luft aus dem Wasserkreislauf. Die Entlüftung ist sehr wichtig, da Luftblasen die Kühlleistung beeinträchtigen.

Aqua destillata ist ein elektrischer Nichtleiter. Kurzschlüsse können daher nicht entstehen. Das Wasser nimmt mit der Zeit jedoch trotz Korrosionsschutz Metallatome des Systems auf.
Nicht gebrauchte Kabelstränge mancher PC-Netzteile, die sonst das Gehäuse in Beschlag nehmen, sind abnehmbar.

Fertig montiertes Wasserkühlsystem (Wakü). Radiator und Pumpstation außerhalb des Gehäuses.

Die Wasserkühlung benötigt keine Wartung. Allenfalls ist zu prüfen, ob sich die handfest angezogenen Schlauchverschlüsse sich nach ein paar Jahren lockern. Falls die Kühlkomponenten das System bei Erstbenutzung verschmutzen, sollte man das Wasser nach 14 Tagen austauschen. In der Regel ist die Kühlflüssigkeit alle 2 Jahre zu erneuern. Evtl. entleerte, Schläuche am Mainboard verstopfen, sonst könnten diese auf die Steckkarten tropfen.

Die Betriebstemperatur bei geschlossenem Gehäuse liegt etwa 10 Grad über der Raumtemperatur.
Maximalwert des Prozessors 39 °C- 44 °C im Hochsommer bei 29 °C Zimmer- und 37 °C Außentemperatur.







 

Wasserkühlung erlaubt prof. Overclocking. Dies ist jedoch nicht der Sinn der Wasserkühlung. Der PC sollte daher, um nicht vorzeitige Ausfälle beschädigter Teile zu riskieren, im Rahmen der Hersteller- Spezifikation betrieben werden.

Bei Aufstellung des Radiators direkt vor die Pumpstation, kühlen die zwei 120 mm Lüfter Radiator, Pumpe u. Ausgleichsbehälter. Die Kühlleistung ist etwas besser, wenn die Ventilatoren die Luft durch den Wärmeaustauscher ansaugen. Zweckmäßig ist die Aufstellung von Pumpe und Ausgleichsbehälter nahe des Fußbodens, da sich dort die kühle und somit schwere Luft sammelt, wordurch die Kühlleistung weiter gesteigert werden kann.
Lt. BIOS- Information: Prozessor min. 31 °C, max. 41 °C. Bei überwiegender 30 -50 % CPU-Nutzung 31-38°C. Mainboard-Temperatur max. 35 °C (21 °C Raumtemperatur). Dies sind auch die Werte im Hochsommer bei 30 °C Zimmertemperatur, da sich jahreszeitliche Klimaunterschiede auf wassergekühlte Komponenten kaum auswirken,
Vier mit 5V, 7V oder 12V betriebene 120 mm Lüfter können einen Radiator beidseitig in unterschiedlicher Effizienz und Lautstärke kühlen. Einige Radiatoren bieten sogar drei 120 mm Lüfter in einer Reihe, wobei der Geräuschpegel eines 120 mm Lüfters bei 12 V etwa 39 dB(A) (Radio, Umgangssprache) und bei 5 V etwa 21dB(A) (Flüstern, tickende Uhr) beträgt. Lt. Arbeitsstättenverordnung sollte bei überwiegender geistiger Tätigkeit der Lärmpegel 55 dB(A) (Computer, Ventilator, Kopierer etwa 50 dB(A), Großraumbüro etwa 70 dB(A)) nicht überschreiten. Große Passivkühler können jedoch die lärmenden Lüfter ersetzen und sind dennoch in der Lage die CPU/GPU bei durchschnittlicher Belastung und 21° C Raumtemperatur auf etwa 30 °C zu kühlen. Das CPU cooling System Vapochill für PC-Enthusiasten erzielt sogar eine Kühlleistung über -30 °C. Kühlung mittels Kompressor, Peltiereelement, Ölbad, Trockeneis usw.: http://www.chip.de/bildergalerie/c1_bildergalerie_v1_20989372.html?show=0 .

Die Pumpe Eheim 1048 230 V benötigt in unmittelbarer Nähe des PC evtl. eine magnetische Abschirmung (FMJ Abschirmgehäuse). Bei der für internen Betrieb im PC-Gehäuse geeigneten 12 V Version der Eheim Pumpe dürfte auch der jedoch bei laufenden Lüftern und Festplatten kaum auffallende, ziemlich niederfrequente Brummton der 230 V Spannung entfallen. Der Betrieb der 12 V Version der Eheim Pumpe direkt am Stromkreis des PC-Netzteils ist auf alle Fälle anzuraten; denn bei ständigen Netzkontakt des Computers, die z. B. bei Verwendung einer PC Zeitschaltuhr notwendig ist, läuft die 230 V Pumpe auch im Ruhezustand des PC ununterbrochen weiter.
In 30-50 cm Abstand ist das Magnetfeld der 230 V Pumpe (Stichwort: Elektrosmog des Trafos) zu vernachlässigen (ein LCD-Display wird nicht gestört, dagegen kann die Eheim 1048 230 V Pumpe auch das Magnetfeld eines Röhrenmonitors beeinträchtigen). Abb.: Sicherheitsabstand 50-80 cm.

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