Peltierjevi elementi

• Goran Anders :: 17. jan 2000

čas je, da si pobližje ogledamo tudi peltierjeve celice. Te so zadnje čase vse bolj in bolj nepogrešljive v svetu overclockanja. Z njimi je mogoče doseči prav neverjetno nizke temperature in tako precej bolj overclockati procesorje. Toda vse ni tako rožnato. Delo z njimi je zelo zahtevno in nevarno, saj lahko namesto hlajenja dosežete ravno braten učinek- gretje. Prvo si bomo peltierje ogledali s teoretične strani, potem pa še njihovo uporabo v praksi.

Peltierji ( ali TEC- Thermo Electric Cooling enote ) so v bistvu toplotne črpalke. Delujejo na principu ti. Peltierjevega efekta. Peltierjev efekt je leta 1822 odkril Jean Charles Athanase Peltier in pravi, da se telo greje na tisti strani, na kateri dodajamo tok in ohlaja na tisti strani, na kateri ga odvzemamo. Peltierji vsebujejo več n- in p- polprevodnikov, ki so električno povezani v serije in stisnjeni med dve keramični plošči. Ena stran peltierja je ti. "Hot side", oziroma vroča stran in druga "Cold side" oziroma mrzla stran. Toplota se po peltierju prenaša po električni poti in tako ustvarja temperaturno razliko med vročo in mrzlo ploščo. Največja temperaturna razlika med ploščama je lahko različna, toda večinoma je nekje okoli 60 stopinj celzija.

čim bolj učinkovito odvajamo toplote z vroče strani, tembolj mrzla bo mrzla stran. Dobesedno. In tudi obratno. če ne bomo zmogli ustrezno odstranjevati toplote z vroče strani, se bo mrzla stran spremenila v malo manj vročo stran in peltier se bo spremenil v zelo učinkovit radiator! Moč peltierjev in s tem tudi njihova efektivnost se meri v Wattih. če hočete ustrezno ohladiti procesor, morate poskrbeti za to, da je moč peltierja vsaj enaka, kot toplota v Wattih, ki jo oddaja procesor. Kako izračunati, koliko toplote oddaja vaš procesor, bom povedal kasneje. Z peltierjem, ki je enako močan kot procesor, pa je moč doseči kvečjemu hlajenje do sobne temperature. Za boljše hlajenje je treba priskrbeti močnejši peltier, in 70-80W peltierji bi morali zadostovati za večino današnjih procesorjev ( ne za Athlone, ki se prav nemarno grejejo! ). Pri tem pa je zelo pomembno, da se temperaturi procesorja in peltierja seštevata in vaš hladilnik mora biti zmožen opraviti s seštevkom temperatur. Za lažje razumevanje poglejte spodnjo sliko.

Za primerjavo naj povem, da se najboljši zračni hladilniki zmožni odpraviti nekje okoli 100W toplote. Pri tem pa je potrebno opozoriti tudi na to, da bo vsa toplota odvržena direktno v zrak v ohišju in je zato potrebno zagotoviti superiorno prezračevanje seistema! Iz vsega tega je razvidno, da za "Super hlajenje" navadni zračni hladilniki niso najbolj primerni in je takšno kombinacijo izjemno težko, če ne nemogoče izpeljati. Zato pa so za peltierje kot naročeni vodni hladilniki. Ti za prenos toplote uporabljajo vodo, ki je dosti gostejša od zraka in zaradi tega tudi bolje prenaša toploto. Poleg tega pa vodni hladilniki vso toploto odvedejo iz sistema, in so precej tišji. Problem vodnih hladilnikov pa je predvsem njihova zakompliciranost in ceni sestavnih delov. V tem članku se z njimi ne bomo ukvarjali bolj podrobno, če pa vas zanima več o njih pa pojdite sem.

Pri hlajenju s peltierji pa je pomembna točka tudi kondenzacija. Ta nastopi, ko je neko telo hladnejše od temperature zraka. Tedaj to telo na sebe potegne vlago iz okoliškega zraka, ki se kondenzira v kapljice. Stopnja kondenzacije in temperatura potrebna za njo pa je odvisna predvsem od relativne vlažnosti zraka v prostoru, kjer je nameščen računalnik. Seveda pa je voda zadnja stvar, ki si jo želimo v računalniku! Zato se je pri peltierjih potrebno ukvarjati tudi s primerno izolacijo. Tako poskrbimo, da zrak nima dostopa do samega peltierja in čipa, ki ga hladimo. Za to je zelo primerna uporaba izolirne pene, videl pa sem že primere, ko so ljudje celoten procesor ( seveda brez konektorjev in same sredice, ki je potrebna hlajenja ) premazali z vodoodpornim premazom. Eden najboljših člankov o kondenzaciji in nje preprečevanju najdete na www.frostyfox.com.

Pomembno pa je tudi zagotoviti dober prenos toplote med peltierjem in procesorjem. Peltierji so namreč precej večji kot sredica procesorja, ki jo hladimo. Zato je pri stiku precej površine peltierja neizkoriščene in rezultati bolj ubogi. Najboljše je v tem primeru med procesor in hladilnik namestiti ti. "Cold plate" ali mrzlo ploščo. To je kos dobro prevodne kovine ( aluminij, še boljše baker ), ki po velikosti ustreza peltierju. Tako peltier s celo površino hladi mrzlo ploščo, ki pa je sama v stiku s procesorjem. Le tako namreč pride do izraza vsa hladilna sposobnost peltierjev! Seveda pri vseh stikih ne gre pozabiti na termalno pasto!

Sedaj pa si poglejmo še, kako ugotoviti koliko toplote oddaja vaš procesor. V naslednji razpredelnici je našteta večina današnjih procesorjev in njihova proizvodnja toplote pri 4 pogojih: FSB( zunanja frekvenca )+ 50%, FSB+50% in voltaža + 0.1V, FSB in voltaža + 0.2V ter FSB in voltaža + 0.3V. Seveda ta tabela ne pomeni, da boste vi dosegli te kombinacije, je le teoretična predstava o proizvodnji toplote pri različnih pogojih!

Celeron Slot 1	W	FSB+50%	V	FSB+0.1V	FSB+0.2V	FSB+0.3V
266	16.6	24.9	2.0	27.5	30.1	32.9
300	18.4	27.6	2.0	30.4	33.4	36.5
300A	18.4	27.6	2.0	30.4	33.4	36.5
333	20.2	30.3	2.0	33.4	36.7	40.1
366	22.2	33.3	2.0	36.7	40.3	44.0
400	24.2	36.3	2.0	40.0	43.9	48.0
433	24.6	36.9	2.0	40.7	44.6	48.8
Celeron PPGA
300A	17.8	26.7	2.0	29.4	32.3	35.3
333	19.7	29.6	2.0	32.6	35.8	39.1
366	21.7	32.6	2.0	35.9	39.4	43.0
400	23.7	35.6	2.0	39.2	43.0	47.0
433	24.1	36.2	2.0	39.9	43.7	47.8
466	25.6	38.4	2.0	42.3	46.5	50.8
500	27.0	40.5	2.0	44.7	49.0	53.6
Pentium II
233	34.8	52.2	2.8	56.0	59.9	64.0
266	38.2	57.3	2.8	61.5	65.8	70.2
266	19.5	29.3	2.0	32.2	35.4	38.7
300	43.0	64.5	2.8	69.2	74.0	79.1
300	22.0	33.0	2.0	36.4	39.9	43.6
333	23.7	35.6	2.0	39.2	43.0	47.0
350	21.5	32.3	2.0	35.6	39.0	42.7
400	24.3	36.5	2.0	40.2	44.1	48.2
450	27.1	40.7	2.0	44.8	49.2	53.8
Pentium III
450	25.3	38.0	2.0	41.8	45.9	50.9
500	28.0	42.0	2.0	46.3	50.8	55.5
533B	29.7	44.6	2.0	49.1	53.9	58.9
533EB	17.6	26.4	1.65	29.7	33.2	36.9
550	30.8	46.2	2.0	50.9	55.9	61.1
550E	18.2	27.3	1.65	30.7	34.3	38.1
600	34.5	51.8	2.05	56.9	62.3	68.0
600B	34.5	51.8	2.05	56.9	62.3	68.0
600E	19.8	29.7	1.65	33.4	37.3	41.5
600EB	19.8	29.7	1.65	33.4	37.3	41.5
650	21.5	32.3	1.65	36.3	40.5	45.0
667	22.0	33.0	1.65	37.1	41.5	46.1
700	23.1	34.7	1.65	39.0	43.6	48.4
733	24.1	36.2	1.65	40.7	45.4	50.5
Athlon 0.25
500	42	63	1.6	71.1	79.7	88.8
550	46	69	1.6	77.9	87.3	97.3
600	50	75	1.6	84.7	94.9	105.8
650	54	81	1.6	91.4	102.5	114.2
700	50	75	1.6	84.7	94.9	105.8
Athlon 0.18
550	34	51	1.6	57.6	64.5	71.9
600	36	54	1.6	61.0	68.3	76.1
650	39	58.5	1.6	66.0	74.0	82.5
700	42	63	1.6	71.1	79.7	88.8
750	43	64.5	1.6	72.8	81.6	91.0

Formula, ki jo uporabite:
Obremenitev= (CPU default produkcija) * (Novi FSB/default FSB) * ((Nova voltaža/default voltaža)^2)

Še primer za Celeron 366@550, 2.3V:
21.7 * (550/366) * ((2.3/2.0)^2) = 43.1

Torej sedaj postavimo še vso to teorijo v prakso. Za primer vzemimo našega Celerona 366, ki smo ga navili na 550MHz in mu povečali napetost/voltažo na 2.3V. Takšen procesor daje od sebe 41W toplote. Torej ustrezen peltier bi moral imeti moč vsaj 41W, da bi dosegli sploh kakšno hlajenje. Hlajenje s takšnim peltierjem bi bilo nekje na ravni sobne temperature, seveda z ustreznim prezračevanjem sistema in uporabo zračnega hladilnika. če bi našega Celerončka želeli ohladiti še bolj in s tem doseči boljšo stabilnost ali mogoče višjo hitrost, bi morali poseči po močnejših peltierjih. 70-80W peltier bi moral zadostovati za temperature okoli 0 stopinj celzija. Seveda takšnega bremena navadni hladilniki nebi zmogli in bi morali poseči po vodnem hlajenju ali kakšni drugi ekstremni obliki. Več o tem v enem prihodnjih člankov! Pri temperaturah okoli 0 C pa veliko vlogo igra tudi kondenzacija in bi morali zelo skrbno poskrbeti, da zrak nima dostopa do naših hlajenih komponent.

Iz vsega tega je razvidno, da igračkanja s peltierji ni. če se želite spustiti v take ekstremne vode hlajenja in overclockanja je potreben skrben premislek in načrtovanje, saj drugače lahko naredite precej več škode kot koristi. Predlagam, da si bolj ogledate stran www.frostyfox.com in tudi www.benchmark.com. Na teh straneh boste našli projekte z vodnim hlajenjem in peltierji, ki nazorno razložijo vse probleme uporabe peltierjev v praksi.

Še beseda o dostopnosti peltierjev pri nas. Do zdaj sem jih zasledil samo v letnem Conradovem katalogu elektronike in elektrotehnike. Dobi se več različnih enot, tako po velikosti, kot po moči. Cene se precej visoke. Tako bi za 70W peltier morali odšteti okoli 12.000 SIT ( cena v lanskoletnem katalogu ), kar vsekakor ni mali izdatek. Katalog lahko naročite na www.e-trading.si.

Vsekakor se vsega opisanega v tem članku lotevate le na lastno odgovornost. Peltierji so lahko zelo nevarni, ampak če jih uporabljamo pravilno, lahko odprejo povsem nova obzorja overclockanja!

Dodatek 1:

Pri uporabi peltierjev v računalnikih je vreden razmisleka tudi problem napajanja peltierja. Predvsem močnejši peltierji ( 70+W ), so prevelik zalogaj za navadni računalniški napajalnik. Pri nas trgovci radi privarčujejo na tej komponenti in vgrajujejo uboge 200-235W napajalnike. Na žalost takšne rešitve ne zadostujejo za napajanje peltierjev. Še najustreznejša rešitev bi bila nabavka posebnega napajalnika samo za peltier. Takšna rešitev je še posebej primerna, če imamo več peltierjev. Seveda novejši napajalniki niso najbolj primerni za to, saj je precej težko ( za povprečnega računalničarja ) narediti stikalo za neodvisen vklop. Zato so še najboljši stari AT napajalniki, ki imajo na zadnji strani posebno stikalo za neodvisen vklop. Pri overclockanju na splošno velja pravilo, da starejših komponent ni pametno kar odvreči, saj vse pride prav čez nekaj časa. Seveda pa ne velja pretiravati in svojo sobo spremeniti v skladišče stare krame :).