Lüfterlose Wasserkühlung im Eigenbau

Lüfterlose Wasserkühlung im Eigenbau

Vorwort:
In einem herkömmlichen PC werden in der Regel zwischen drei und fünf Ventilatoren für die Kühlung der Systemkomponenten benötigt. Dies hat zur Folge, dass das Betriebsgeräusch des Rechners nicht selten ein auf Dauer unerträgliches Niveau erreicht. Neben der Lärmbelästigung ist der Ausfall eines Lüfters meist auch mit einem Hardwaredefekt verbunden. Denn das Gros der CPU-Kühler ist in der Regel so konzipiert, dass die nötige Kühlung nur mit einem laufenden Lüfter erzielt wird. Ohne Lüfter erhitzt sich der Kühlkörper so stark, dass der Prozessor nach geringer Zeit sogar durchbrennen kann. Des Weitern haben Lüfter den Nachteil, dass sie schnell zum Verstauben des Systems beitragen und den Anwender dazu zwingen, das Gehäuse mindestens zweimal pro Jahr zu öffnen und zu reinigen. Mit etwas Know-How und dem richtigen Gespür bei der Komponentenwahl lässt sich die Anzahl der Lüfter zwar auf ein Minimum reduzieren, gänzlich los wird man diese aber nicht. Der Prozessor und die Grafikkarte produzieren einfach zu viel Abwärme, als das man sie unter normalen Bedingungen im geschlossenen Gehäuse permanent passiv betreiben könnte. Völlig passiv gekühlte Fertigsysteme wie z.B. der Silentium! oder Hush PC vermögen dies zwar mittels Heatpipe-Technologie und außenliegenden Kühlkörpern zu bewerkstelligen und sind nahezu lautlos, kosten im Vergleich zu handelsüblichen Komplett-PCs jedoch meist das Mehrfache. Seitens der Leserschaft wurde bereits des Öfteren der Wunsch nach einer leisen bzw. lüfterlosen Wasserkühlung geäußert. Schon vor knapp einem 1/2 Jahr wurde ein entsprechendes System aufgebaut und schlummerte bislang in einer Zimmerecke vor sich hin. Der folgende Bericht soll nun aufzeigen, dass man ein komplett lüfterloses System auch relativ einfach selbst aufbauen kann und nicht immer gleich auf kostspielige Fertigsysteme zurückgreifen muss.

Planung:
Um einen lüfterlosen Betrieb der Systemkomponenten zu realisieren, wurde entgegen des derzeitigen Heatpipe-Trends eine passive Wasserkühlung und ein entsprechend modifiziertes Gehäuse verwendet. Die Abwärme von Prozessor und Grafikkarte wird mittels Wasserkühlkreislauf direkt nach außen abgeführt. Um einen Hitzestau der nicht mit in den Kühlkreislauf eingebundenen Komponenten zu vermeiden, wurden das Gehäuse mit Lüftungsöffnungen oberhalb des passiven Netzteils versehen, wodurch ein Kamineffekt entsteht und die erwärmte Luft rascher entweichen kann. Natürlich soll der Rechner am Ende deutlich leiser als ein herkömmlicher Silent-PC mit Luftkühlung sein.

Ein stabiles Gehäuse aus Stahlblech mit guter Be- und Entlüftung ist die Grundvoraussetzung für dieses Projekt. Weil das System komplett lüfterlos betrieben werden soll, spielt die Lüftereinbaumöglichkeit keine bedeutende Rolle. Daher reicht ein handelsübliches und preiswertes Chieftec CS-601 Gehäuse für ca. EUR 60,00 völlig aus. Das Gehäuse wird lediglich komplett leergeräumt (Käfige, Lüfterhalteklammer) und im hinteren Bereich des Deckels mit zusätzlichen Lüftungsöffnungen modifiziert, welche nicht nur die Temperatur des Netzteils, sondern auch die der Systemkomponenten senken sollen. Bei  internen  Tests konnte hierdurch eine bis zu

8°C niedrigere Netzteilinnentemperatur und eine 3°C niedrigere Gehäusetemperatur erzielt werden. Die Bildung von Warmluftpolstern zwischen Netzteil und Gehäusedeckel wird somit wirkungsvoll vermieden. Das verwendete lüfterlose NC-Silence Netzteil (ca. EUR 149,00) profitiert von dieser Modifikation und wartet mit moderaten Betriebstemperaturen mit maximal 50°C auf. Bei der Verwendung    lüfterloser    Netzteile    ist      diese      Gehäusemodifikation     daher    äußerst    ratsam.

Das Kernstück der passiven Wasserkühlung ist der Radiator. Er sollte über eine möglichst große Oberfläche verfügen und außerhalb des Gehäuses angebracht werden. Das hierzu verwendete Modell ist ein Mora GA Radiator für ca. EUR 90,00 (z.B. Com-Tra). Mit einer Baugröße von 405 x 420 x 43 mm eignet sich dieser hervorragend für die Montage an der Seitenwand des Gehäuses. Der Abstand zwischen Radiator und Gehäusewand sollte mindestens 1 bis 2 cm betragen. In unserem Fall wurde der Radiator mit vier Elastomerpuffern des Typs Noiseblocker NB-Swing befestigt, wodurch sich automatisch der  oben  genannte  Abstand  ergibt.  Um sich das
lästige Auflöten der Mora-typischen Anschlüsse zu ersparen, können zwei handelsübliche 10 mm Winkelstücke zum Anschluss der Schläuche verwendet werden. Diese werden einfach auf die beiden Kupferrohre gesteckt. Alternativ zum Mora GA wäre auch ein Konvekt-O-Matic Maxi Radiator aus dem Hause Innovatek denkar. Mit  einem   Kaufpreis  von  ca.  EUR  149,00  ist dieser jedoch deutlich teurer.

Abgesehen von Netzteil und Festplatte, welche nur in unmittelbarer Nähe durch ein leises Summen bzw. Surren wahrgenommen werden, ist die Pumpe die einzige Geräuschquelle des Systems. Daher muss hier auf ein besonders leises Modell zurückgegriffen werden. Die 12 Volt Pumpen aus dem Hause Alphacool genießen in dieser Hinsicht einen ausgezeichneten Ruf. Eine gute Entkopplung vorausgesetzt, ist deren Betriebsgeräusch nahezu unhörbar (AP-700) bis kaum hörbar (AP-900). Wenn lediglich der Prozessor gekühlt werden soll, reicht die kleinere der beiden genannten  Modelle  völlig  aus.   In  unserem  Fall  wurde  auch

eine ATi Radeon 9700 Pro mit in den Kühlkreislauf eingebunden, weshalb das stärkere Modell die bessere Wahl darstellt. Das Betriebsgeräusch beider Pumpen ist relativ ähnlich, jedoch erzeugt die AP-900 etwas mehr Vibrationen. Eine relativ vernünftige Entkopplung erreicht man schon mit einer weichen Schaumstoffmatte. Perfekt wird es jedoch erst, wenn die Pumpe mittels doppelter Gummiaufhängung á la A Conto NoVibes entkoppelt wird. Ein diesbezügliches Modell befindet sich derzeit in Planung und wird voraussichtlich demnächst zu kaufen sein. Mit den bereits seit längerem erhältichen  Eheim  Gummidämpfern  konnten   leider   nur  befriedigende  Ergebnisse  erzielt  werden.

Um keine unnötige Wärme zu erzeugen, wird der vCore des verwendeten AMD XP2400+ Prozessors im Bios auf 1.4 Volt reduziert. Je nach Prozessortyp, kann dieser Wert nach oben oder unten abweichen. Das Undervolting macht durchaus Sinn und beeinträchtigt die Systemleistung in keiner Weise, insofern die optimale Betriebsspannung mit einem Tool wie beispielsweise Prime 95 ausgelotet wurde. Die Lebensdauer des Prozessors wird dadurch sogar verlängert. Weitere Informationen zum Undervolting können in den FAQ's unter dem Punkt "3. Das Mainboard - d) Untervolting" nachgelesen werden. Der Prozessor wird durch einen Alphacool NexXxos HP

Pro (ca. EUR 39,00) mit 6-Punkt Halteklammer gekühlt. Der Referenzkühler ist durch seine Mikrostruktur für dieses Projekt allerdings nur bedingt geeignet. Bedingt durch den hohen Gegendruck, stellt ein Kühler mit herkömmlicher Kanalstruktur eine bessere Wahl dar. Beim Ausgleichsbehälter wird auf ein Standardmodell mit ca. 0,5 Liter Fassungsvermögen zurück gegriffen. Ein großeres Volumen des Ausgleichsbehälters macht erst bei 10 Litern und mehr Sinn. Erst dann macht sich eine Pufferwirkung bemerkbar und es  dauert  wesentlich  länger,  bis die Wasserendtemperatur erreicht ist.

Die ATi Radeon 9700 Pro erzeugt eine nicht minder bemerkenswerte Abwärme und wird daher ebenfalls mit in den Wasserkühlkreislauf eingebunden. Für die nötige Kühlung sorgt ein Alphacool GP-A Kühler (ca. EUR 35,00). Alternativ können natürlich auch Produkte anderer Hersteller zum Kühlen des Prozessors und der Grafikkarte verwendet   werden. Bei der Wahl der Grafikkarte kann es unter Umständen auch Sinn machen, auf ein nVidia FX Modell zurückzugreifen. Je nach Typ können diese zwischen 2D und 3D Betrieb unterscheiden und warten bei herkömmlichen Desktoparbeiten mit einer entsprechend niedrigeren Temperaturentwicklung auf, während

die verwendete ATi Grafikkarte fast permanent mit "Vollgas" läuft. Abhilfe schafft die Software "Ati Tool", mit welcher man diesbezüglich Abhilfe schaffen kann. Weitere Komponenten sollte und muss man nicht unbedingt mit in den Kühlkreislauf mit einbinden. Die Temperaturen der MOS-FETs und des Chipsatzes  lagen  unter   Last   mit   gemessenen   52°C   bzw.   55°C   noch  im  unkritischen  Bereich.

Das stabilisierte Gleichspannungs-Wandlermodul von Alphacool bietet dem Anwender die Möglichkeit, die Leistung der Wasserpumpe nachträglich zu erhöhen. Dazu wird es einfach mittels zwei 4-poligen Netzteilsteckern zwischen Pumpe und Netzteil geschalten. Die Betriebsspannung lässt sich dann bequem in 3-Volt-Schritten von 12,0 bis 24,0 Volt regeln. Allerdings steigt das Betriebsgeräusch der Pumpe analog zur eingestellten Betriebsspannung. Ein guter Kompromiss zwischen Förderleistung und Betriebsgeräusch wird mit 15,0 oder 18,0 Volt erzielt. Das Spannungsmodul ist nicht  nur   eine   große   Hilfe    bei   diesbezüglichen  Projekten,

sondern macht ggf. auch den Neukauf einer leistungsfähigeren Pumpe überflüssig. Mit einem Kaufpreis von EUR 15,90 ist die Anschaffung des Gleichspannungs-Wandlermoduls sicherlich eine Überlegung wert.

Temperaturentwicklung:
Leider ist es meist so, das leisere Systeme auch mit einer entsprechend höheren Temperaturentwicklung aufwarten. Ein zusätzliches Manko von passiv gekühlten Rechnern im Allgemeinen ist, das nur ein Teil der Wärme nach außen abgeführt werden kann und die anderen Komponenten demzufolge einer höheren Wärmebelastung ausgesetzt sind als vom Hersteller berücksichtigt. In unserem Fall soll das Gros der Wärme sofort über den Radiator nach außen abgegeben und die im Gehäuse entstandene Wärme durch die Lüftungsschlitze im Gehäusedeckel entweichen. Weil es bei Wasserkühlsystemen deutlich länger dauert, bis der Temperaturhöchstwert erreicht ist, wurde das System 24 Stunden lang unter Volllast betrieben. Während dieser Phase betrug die Zimmertemperatur nahezu gleichbleibend 22,0°C. Mit gemessenen 57°C Sockeltemperatur erwärmte sich der Prozessor relativ stark und lies kaum mehr Spielraum für einen großen Anstieg der Zimmertemperatur. Dies ist jedoch gerade noch verschmerzbar, da in der Praxis kaum ein Rechner 24 Stunden lang mit Volllast betrieben wird. Dennoch würde es durchaus Sinn machen, hier auf einen Low-Power Prozessor zurückzugreifen, wie er beispielsweise in Notebooks eingesetzt werden. Die Radeon 9700 Pro wurde hingegen nur maximal 47°C warm und bewegte sich damit im "grünen Bereich". Auch bei der Samsung Festplatte gab es keine Bedenken. Mit 42°C im mittels A Conto NoVibes entkoppelten 5 1/4" Schacht, liegt die Temperatur sogar niedriger als es mit manch angebotenen Festplattendämmgehäusen trotz aktiver Gehäuseventilation der Fall ist. Das Netzteil profitiert sehr stark von den darüber befindlichen Lüftungsschlitzen und wird im Inneren maximal 50°C warm. Vor der Modifikation des Chieftec Gehäuses lag die Netzteiltemperatur ganze 8°C höher. Für eine Überraschung sorgt die Gehäusetemperatur. Lediglich 35°C sind für ein lüfterloses Gehäuse mehr als akzeptabel. Dies bestätigt nochmals den enormen Vorteil, der sich durch die Gehäusemodifikation ergibt.

Betriebsgeräusch:
Durch die Verwendung der leisesten Samsung Festplatte und des passiven NC-Silence Netzteils, bleibt lediglich das Betriebsgeräusch der Pumpe zu vernehmen. Durch verschiedene Optimierungsmaßnahmen konnte dieses jedoch auf ein kaum hörbares Niveau reduziert werden. Genauso wichtig wie die Entkopplung der Pumpe selbst, ist das Entkoppeln des Ausgleichbehälters, welcher sonst die von der Pumpe abgegebenen Vibrationen auf das Gehäuse überträgt. Die Anschlussschläuche dürfen ebenfalls nicht zu kurz und starr zwischen den jeweiligen Komponenten befestigt werden, sonst können die Vibrationen der Pumpe nicht als Schwingungen verpuffen. Unter dem Strich ist das Betriebsgeräusch mehr als beeindruckend und als sehr angenehm - weil kaum vernehmbar - zu bezeichnen. Die genannten Komponenten mit einem einzigen 120 mm Lüfter und entsprechenden Passivkühlern zu kühlen wäre nur denkbar, wenn der Lüfter mit einer relativ hohen Drehzahl betrieben werden würde und demzufolge auch deutlich lauter zu Werke ginge. Letztendlich bleibt es Geschmacksache, welchen Geräuschcharakter man bevorzugt und welchen Aufwand man betreiben will. Resume: Hat man die Pumpe geräuschseitig im Griff, lässt sich mit einer passiven Wasserkühlung definitiv ein superleises System realisieren.

Praxistauglichkeit:
Die Wärmeentwicklung der Primärkomponenten wie Prozessor und Grafikkarte wird durch den Wasserkühlkreislauf wirkungsvoll nach außen transportiert. Die Wärme aller Sekundärkomponenten, wie beispielsweise Spannungswandler, Chipsatz und Festplatte, wird durch den Kamineffekt des modifizierten Gehäuses ebenfalls nach außen geführt. Somit ist die Betriebssicherheit des Systems mindestens genauso hoch, wie bei den oben genannten Heatpipe basierenden Komplett-PCs. Einzig und allein der verwendete Prozessor kann trotz reduzierter vCore bei erhöhter Zimmertemperatur in den Grenzbereich gelangen. Abhilfe kann man hier u.a. mit einem Low-Power Prozessor schaffen, der dem System noch einen Deut mehr Sicherheit verschafft.

Testrechner :

  • Mainboard : Epox 8K3A ( Chipsatz passiv gekühlt )
  • Prozessor : AMD Athlon XP 2400+ ( Thoroughbred )
  • Kühler : Alphacool NexXos HP Pro
  • Kontaktmittel : Cooler Master Premium Compound ( by Shin Etsu )
  • Radiator : Mora GA
  • Pumpe : Alphacool AP-900 ( inkl. Alphacool Spannungsmodul )
  • Arbeitsspeicher : 256 MByte Samsung DDR333
  • Grafikkarte : Hercules Prophet Radeon 9700 Pro ( Alphacool GP-A )
  • Festplatte : Samsung SV0802N ( A Conto No Vibes III )
  • Gehäuse : Chieftec CS-601 ( modifiziert, geschlossen )
  • Gehäuseventilation : passiv ( keine Lüfter )
  • Datenträgerverbindung : Rounded Silver Cable
  • Betriebssystem : MS Windows 98 SE ( ohne ACPI )
  • Software : Motherboard Monitor, Prime 95
  • Zimmertemperatur : 22,0°C ( Abweichung < 0,5°C )

Fazit:
Einen lüfterlosen Rechner auf die Beine zu stellen erscheint vielleicht auf den ersten Blick kein schweres Unterfangen zu sein, stellt sich im weiteren Verlauf jedoch meist schwerer heraus als erwartet. Schließlich soll das gute Stück ja nicht nur nahezu lautlos zu Werke gehen, sondern auch absolut alltagstauglich sein. In beiden Punkten wurden mit der vorgestellten Konfiguration zwar relativ zufriedenstellende Ergebnisse erzielt, jedoch wäre nicht an einen permanenten Dauerbetrieb unter Volllast zu denken, weshalb er als Serverlösung natürlich nicht geeignet ist. Für den geräuschemissionsbewußten Anwender, der herkömmliche Arbeiten mit dem Rechner erledigen will und gelegentlich auch gerne ein Spielchen zockt, stellt er jedoch eine interessante Alternative zu leisen Fertigsystemen á la Silentium! und Hush PC dar. Die vorgestellte Konfiguration dient lediglich als Basis und lässt jede Menge Spielraum für weitere Optimierungsmöglichkeiten. So kann der Interessierte ohne weiteres auf eine AMD 64 Plattform mit entsprechendem Low-Power Prozessor zurückgreifen und hierdurch gleichzeit die Rechnerleistung erhöhen und die Wärmeabgabe reduzieren. Mit der hoffentlich bald erwerblichen A Conto NoVibes Lösung für Wasserpumpen, lässt sich das Betriebsgeräusch der Pumpe nochmals spürbar optimieren. Auch ein anderer Radiator, wie bespielsweise der Konvekt-O-Matic Maxi aus dem Hause Innovatek, wäre ein interessanter Spielgefährte. Wärmstens zu empfehlen ist die oben aufgeführte Gehäusemodifikation mit entsprechenden Lüftungsschlitzen über dem Passivnetzteil. Für ein lüfterloses System ist diese Maßnahme unabdingbar. Nur so lässt sich die Warmluftpolsterbildung wirkungsvoll verhindern und ein rasches Entweichen der warmen Luft realisieren. Wer nun entsprechend motiviert ist und ein eigenes System ähnlicher Art aufbauen will, kann seine Ergebnisse gerne in unserem Forum dokumentieren.

Danksagung:
Besonderer Dank für die Bereitstellung einiger im Bericht erwähnter Komponenten gilt dem Geschäftsführer von Alphacool - Herrn Andreas Rudnicki, sowie Herrn Michael Ruoff - Geschäftsführer von MR Computertechnik GmbH.

Links zum Thema:
Alphacool [ Vertrieb ]
MR Computertechnik [ Vertrieb ]

© www.dirkvader.de