Wasserkühlung Grundlagen - 01 Konfigurationen

Dies ist das erste Video einer kleinen Tutorialreihe über selbst gebaute Wasserkühlungen, zu gut Denglisch: "Custom Waterloops". Die meisten Wasserkühlungen bestehen aus einer Pumpe, hier goldfarben und orange, einem CPU-Block, hier hellgelb, einem Radiator, hier rot, und einem Ausgleichsbehälter, hier türkis.

Das erste Bild zeigt zwei geläufige Konfigurationen, die man zum Beispiel bei allen "All In One (AIO)"-Wasserkühlungen findet. Rechts ein Kreislauf mit oben am Gehäusedeckel befestigtem Radiator, links einer mit an der Front befestigtem Radiator. Beide liegen, respektive stehen natürlich im Innern des Gehäuses, wobei die erste Variante mit dem obenliegenden Radiator zusätzlich voraussetzt, dass in der oberen Abdeckung ausreichen dimensionerte Lüftungsschlitze vorhanden sind, durch die die warme Luft aus dem Gehäuse geblasen werden kann. Bei den AIO-Lösungen wird die Einbaulage in der Regel nur von der Größe des Gehäuses und der Länge der Schläuche zwischen der Pumpe-Ausgleichsbehälter-Kombination und dem Radiator bestimmt - die Lage der CPU ist vom Mainboard und seiner Befestigung im Gehäuse ja fest vorgegeben.

Beim Ansaugen kalter Aussenluft durch einen Radiator sollte man generell darauf achten, dass die Außenluft über einen Staubfilter angesaugt wird. Gelangt der Staub ungefiltert in das Gehäuse, setzt er sich gern überall dort fest, wo es besonders warm ist, also Prozessor, Grafikkarte und Chipsatz. Wird irgendwann etwas feuchtere Luft angesaugt, kann die zusammen mit Staub für nur schwer auffindbare Kriechströme sorgen, die zu erratischem Verhalten des PC führen können. Moderne Gehäuse ab der mittleren Preisklasse sind meist mit Filtern ausgestattet, die den meisten Staub draußen halten. Zur Not tut es ein relativ engmaschig gewebtes Stück Gardinenvlies, das man vor die Ansaugöffnungen spannt. Es sollte so befestigt werden, dass man es zum Reinigen jederzeit entfernen kann. Es gibt im Handel biegsame Magnetstreifen, mit denen man hervorragende Filter bauen kann. Bereits vorhandene Filter sollte man regelmäßig mit einem Staubsauger vom festgehaltenen Staub befreien, sonst kommt irgendwann keine Kühlluft mehr in das Gehäuse.

Das zweite Bild zeigt einen liegenden Radiator am Gehäusedeckel und einen stehenden an der Front. Der zweite Radiator kann bei thermisch stark beanspruchten Prozessoren - insbesonders iNTEL verkauft ja erprobte Raumheizungen, die für heimelige Wärme in der guten Stube sorgen - noch ein wenig mehr an Kühlung bringen, wenn die Lüfter ausreichend schnell drehen. Der Nachteil dieser Konfiguration ist der durch den zweiten Radiator verdoppelte Durchflusswiderstand des Kühlmediums. Der ist zwar weit weg von einer bedenklichen Behinderung des Durchflusses, erfordert aber gegebenenfalls - auch wegen des verlängerten Weges durch alle Komponenten - eine etwas kräftigere Pumpe. Wie immer gilt das geflügelte Wort: "Probieren geht über studieren!"

Im dritten Bild wurde noch ein zweiter Kühlblock für die Graphikkarte hinzugefügt. Von Lösungen mit nur einem Radiator für eine Kombination aus CPU- und GPU-Wasserblock rate ich dringend ab - die zweite Komponente bekommt dabei immer das von der ersten Komponente erwärmte Wasser ab! Der Wasserkreislauf sollte so gestaltet sein, dass das erhitzte Wasser aus dem CPU-Block erst einmal durch den ersten Radiator läuft, bevor es dann über den GPU-Block geleitert wird. Von dort geht es durch den zweiten Radiator und den Vorratsbehälter, bevor es erneut durch den Kreislauf gepumpt wird. Da diese Zusammenstellung von der thermischen Effizienz her nicht besonders gut abschneidet, sollte man nicht am Material sparen, und lieber mit der letzten Variante liebäugeln.

Das vierte Bild zeigt die kompromisslose Variante des letzten Aufbaus - zwei Pumpen, zwei Ausgleichsbehälter, zwei Radiatoren und zwei Kühlblöcke. Damit wird sichergestellt, dass die Abwärme einer Komponente nicht unfreiwillig die Temperatur der anderen erhöht. Damit sind wir am Ende des ersten Teils angelangt. Es sind sicher weitere Varianten mit noch mehr Radiatoren möglich, das Gehäuse setzt der Phantasie hier aber relativ enge physikalische Grenzen.


Auf meinem YouTube-Kanal gibt es wie immer ein Video mit diesem Tutorial.

Wasserkühlung Grundlagen - 02 Material und Durchlüftung

Material

Ein wichtiger Aspekt wurde im ersten Teil nicht erwähnt: Die im Kühlkreislauf verwendeten Materialien. Hier gibt es nur zwei Möglichkeiten – entweder man verwendet ausschließlich Komponenten aus Aluminium, oder solche, in denen Kupfer, Messing und Edelstahl verbaut ist. Eine bunte Mischung beider Materialgruppen birgt die Gefahr in sich, dass elektrochemische Prozesse das "unedlere" Aluminium auswaschen, und die ausgewaschenen Aluminiumpartikel sich galvanisch mit den "edleren" Metallen Kupfer, Messing und Edelstahl verbinden. Da das Element Kupfer etwas bessere Wärmeleitfähigkeitswerte als das Element Aluminium besitzt, sollte man hier keine billigen Kompromisse eingehen, und von Haus aus auf eine reine Kupferlösung setzen. Es dürfte sowieso recht schwer sein, einen Wasserblock aus Aluminium zu finden.

Durchlüftung

Normalerweise wird Kaltluft an der Gehäusefront angesaugt, und an der Rückseite wieder ausgeblasen. Dazu genügt im Prinzip ein einziger Lüfter an der Front, der die Luft durch das Gehäuse bläst. Dabei würde sich die Luft aber nicht unbedingt wie erwünscht geradlinig durch das Gehäuse bewegen, sondern sich trichterförmig ausbreiten, wobei der an die Gehäusewände oder andere Hindernisse geleitete Anteil sich verwirbeln und diffus im Gehäuse zirkulieren würde.

Aufgrund dieser Überlegung ist es üblich, zur Gewährleistung eines gerichteten Luftstroms die Luft auf einer Seite in das Gehäuse hinein zu blasen, um es an der anderen Seite wieder herauszusaugen. Auch dabei gibt es Verwirbelungen und eine diffuse Luftbewegung, die aber im Großen und Ganzen der vorgegebenen Richtung folgt. Verbaut man noch mehr Lüfter, nähert sich der tatsächliche Luftstrom immer weiter der Idealvorstellung, die wir uns eigentlich wünschen.

Die gezielte Ausrichtung des Luftstroms ist natürlich durch die maximale Anzahl von Lüftern begrenzt, die physikalisch in das Gehäuse passen. Zudem kann man in der Regel auf der Rückseite nur einen Lüfter verbauen, da die I/O-Blende und die Plätze für die Grafik- und andere Steckkarten nur wenig Platz für eine riesige Lüfterbatterie lassen. Dadurch ist eine symmetrische Lenkung des Luftstroms nahezu unmöglich. In großen Gehäusen mit vielen Lüfterplätzen sollte man daher überlegen, ob man die Luft nicht eher von oben und der Rückseite über das Mainboard blasen lässt, um sie dann an der Front abzusaugen und aus dem Gehäuse zu blasen.

Auch hier gilt einmal mehr: „Probieren geht über studieren!“


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Wasserkühlung Grundlagen - 03 Wasserpegel und Entlüftung

Wasserpegel

Dieses Mal geht es um das leidige Thema "Luft im Kreislauf" und die sich daraus ergebende (und damit einzig sinnvolle!) Konfiguration der Komponenten. Wasser folgt immer der Schwerkraft - auch in hermetisch dichten, in sich geschlossenen Systemen. Das bedeutet, dass sich überall dort Luft ansammelt, wo eine Komponente über die Füllhöhe des Ausgleichsbehälters ragt. Es mag für manch einen ja super toll aussehen, wenn zylindrische Röhren, die am Gehäuseboden stehen, bunt blinken, irre Töne von sich geben und Nebelschwaden für die eingebaute Lasershow emittieren. Was für simple Gemüter "gut ausschaut", ist aber weder von der Energiebilanz noch von physikalischen Gesichtspunkten her betrachtet besonders sinnvoll.

Es ist eher kontraproduktiv, da alle über der Füllhöhe des Zylinders liegenden Komponenten bis zu diesem Pegel Luft ziehen und trocken fallen. Bis die Pumpe diese Luftblasen zurück in den Zylinder gepumpt hat, kann einiges an Zeit vergehen, während der CPU - bei größeren Anlagen mit GPU-Block auch die GPU - überhitzen und sich entweder ausschalten oder abrauchen können.

Aus diesem Grund die goldene Faustregel: Der Füllstand des Ausgleichsbehälters ist der Referenzpegel, er muss am höchsten Punkt des Systems liegen! Um ein luftfreies System zu erhalten, verbindet man die Anschlüsse aller Komponenten nach dem Plan, den man sich gemacht hat. Sind alle Schläuche verlegt, füllt man über den Ausgleichsbehälter ganz unten angefangen eine Komponente nach der anderen mit Wasser, und bewegt sie so lange hin und her, bis keine Luft mehr austritt. Das tut man so lange, bis alle Komponenten luftfrei befüllt sind. Anschließend montiert man alles nach Plan, und kann sich an einer luftfreien Wasserkühlung erfreuen.

Der hier nur in der Theorie beschriebene Füllvorgang wird in einer späteren Folge anhand einer realen Wasserkühlung im Detail vorgeführt.


Auf meinem YouTube-Kanal gibt es wie immer ein Video mit diesem Tutorial.