چگونه جریان هوا در کیس را بهینه کنیم؟

به لطف قطعات ماژولار کامپیوتر و همچنین اصول مهندسی SOLID (پنج اصل مهم در طراحی)، فرآیند اسمبل کامپیوتر امروزه تبدیل به یک فرایند بسیار ساده شده است؛ به طوری‌ که از آن به عنوان «لگوی بزرگسالان» یاد می‌شود. اما مدیریت جریان هوای سیستم خنک کننده در داخل کیس، اندکی پیچیده و چالش برانگیز به نظر می‌رسد. اینجا در مورد علم فیزیک، علم ترمودینامیک و چیزهای جالب این‌چنینی صحبت می‌کنیم. در بحث مدیریت جریان هوا، تعدادی اصل ساده وجود دارند که با رعایت آن‌ها، می‌توانید به یک ساختار درست و بهینه برای جریان هوای داخل کیس و به طبع، خنک کنندگی موثر دست پیدا کنید.

1. فن‌های خوبی برای کامپیوتر خود خریداری کنید.

1. خرید فن مناسب

هر کیس سادۀ کامپیوتری قابلیت نصب فن دارد (در ابعاد 80 میلی‌متری، 120 میلی‌متری، 140 میلی‌متری یا 200 میلی‌متری که تا زمانی که قابل نصب باشد، اهمیت چندانی ندارد که به سراغ کدام می‌روید). البته بهتر است قبل از خرید فن، نوع سیستم‌های خنک کننده و محل نصب آن‌ها را مشخص کنید تا دقیقاً بدانید که چه می‌خواهید.

همان طور که پیش‌تر گفته شد، فن‌های خنک کننده تنوع فوق العاده زیادی دارند. واضحاً باید بدانید که چه سایز فنی در جایگاه‌های نصب فن کیس‌تان قابل نصب است؛ اما علاوه بر فاصلۀ پیچ‌ها، باید به نکات دیگری نیز توجه کنید:

• کوچک یا بزرگ: به طور کلی، فن‌های بزرگتر در مقایسه با فن‌های کوچکتر، مقدار هوای یکسانی را به ازای دور چرخش پایین‌تر جابجا می‌کنند. از آن‌جا که موتور‌های کوچک تعبیه شده در فن‌ها قرار نیست با سرعت خیلی زیادی بچرخند، فن‌های بزرگتر، ساکت‌تر و طبیعتاً خواستنی‌تر هستند؛ البته باید قبل از خرید، از قابل نصب بودن یا نبودن فن مورد نظر در کیس خود اطمینان حاصل کنید.
• سریع یا آهسته: فن‌ها از این حیث، با معیار «بیشینۀ تعداد دور در دقیقه» (Max RPM) مقایسه می‌شوند. فن‌های سریعتر میزان هوای بیشتری جابجا می‌کنند، ولی فن‌های کوچکتر بسیار کم‌صداتر هستند. در صورت اتصال فن‌ها به درگاه‌های کنترل فن مادربرد یا کنترل کنندۀ مجزای فن، سرعت آن‌ها قابل کنترل خواهد بود و به طور خلاصه، « بیشینۀ سرعت» معیار چندان تأثیرگذاری در انتخاب و خرید فن مناسب نیست. ناگفته نماند که برخی فن‌ها و کیس‌ها، به سوییچ‌های کنترل سرعت دستی نیز مجهز هستند.
• انتقال هوای بیشتر یا ایجاد فشار ایستا: به طور کلی، دو نوع تیغۀ فن داریم: تیغه‌هایی که اولویت طراحی آن‌ها جابجایی هواست (Airflow Blades)، و تیغه‌هایی که اولویت طراحی آن‌ها ایجاد فشار ایستاست (Static Pressure Blades). تیغه‌های نوع اول ساکت‌تر بوده و برای استفاده در مکان‌هایی که قرار نیست هوا به قطعۀ خاصی دمیده شود (مانند جلوی کیس) مناسب‌تر هستند. اما تیغه‌های نوع دوم، بیشتر برای نصب در مکان‌هایی مناسب هستند که قرار است جریان هوا، مستقیماً از ناحیه‌ای خاص، با فشار و نیروی زیاد گذر کند (مانند رادیاتور یا هیت سینک‌های بزرگ). بررسی‌ها نشان داده‌اند که نصب فن‌های ایجاد کنندۀ فشار ایستا (High Static Pressure) روی هیت سینک‌ یا رادیاتور، آن‌قدرها که تصور می‌شود هم نسبت به فن‌های ایجادکنندۀ جریان موثرتر نیست؛ و در عمل تفاوت چندانی میان این دو نوع تیغه وجود ندارد.
• ال ای دی و زیبایی بصری: بعضی فن‌های کیس، بخشی از جریان برق وارد شده به موتور را صرف روشن کردن تعدادی ال ای دی می‌کنند؛ چه تک رنگ و چه RGB (و یا aRGB). این فن‌ها بسیار جذاب هستند؛ مخصوصاً در صورتی که دیگر قطعات شما نیز مجهز به نورپردازی باشند. اما تحت هیچ شرایطی، پارامترهای فنی مورد نظر خود را به خاطر نورپردازی دستخوش تغییر مثبت یا منفی نکنید. اگر به نورپردازی علاقه دارید برای آن هزینه کنید، یا اینکه مقداری پول ذخیره و صرف دیگر بخش‌های سیستم کنید.

2. اصل این است: هوای خنک داخل می‌آید و هوای گرم خارج می‌شود.

2. داینامیک درست هوا در کیس

ایدۀ اصلی سیستم‌های خنک کنندۀ بادی و استفاده از آن‌ها در کیس، بسیار ساده است. قطعات کامپیوتر، هنگام فعالیت گرما تولید می‌کنند و در صورتی که این دما دفع نشود و دمای قطعات بالا برود، موجب کاهش عملکرد و حتی آسیب دیدن آن‌ها می‌شود. فن‌های جلوی کیس، هوای خنک و تازه را به داخل کیس می‌آورند تا دمای قطعات، کنترل شود؛ هوایی که پس از گذشت زمان، خود گرم می‌شود. حال، این وظیفۀ فن‌های پشت و بالای کیس است که این هوای گرم را از کیس خارج کنند.

به نظر بدیهی می‌آید؛ ولی عملکرد سیستم‌های خنک کنندۀ بادی به دمای هوای خارج کیس (دمای محیط) بیشتر بستگی دارد تا دمای هوای داخل کیس. هوای داخل کیس به صورت طبیعی گرم است (که البته مشکل‌ساز هم نیست)؛ ولی اگر کامپیوتر شما در یک محیط گرم فعالیت می‌کند (به عنوان مثال یک گاراژ بدون تهویه در فصل تابستان)، عملکرد سیستم‌های خنک کنندۀ بادی آن به شدت کاهش پیدا خواهد کرد. اگر کیس شما در چنین محیطی فعالیت می‌کند، ترجیحاً آن را به یک مکان خنک‌تر منتقل کنید.

3. کیس را در جای مناسب قرار دهید.

3. محل مناسب کیس

همچنین، کیس خود را مستقیماً روی فرش، موکت یا قالیچه قرار ندهید؛ چراکه مانع ورود هوای خنک توسط فن‌های قسمت زیرین کیس و نیز مانع خروج هوای گرم توسط فن منبع تغذیه می‌شود. در صورتی که کف اتاق شما با سرامیک یا چوب پارکت پوشیده نشده است، کیس را روی میز یا در جایگاه مخصوص کیس میز قرار دهید. به هیچ وجه کیس را در «کمد میز» قرار ندهید؛ چرا که فضای محدود و بستۀ کمد میز موجب گرم شدن سریع هوای آن و کاهش عملکرد سیستم خنک کنندۀ کامپیوتر می‌شود.

پس از این اصول، نوبت به شیوۀ درست نصب فن در کیس می‌رسد که در ادامه بدان می‌پردازیم.

4. جریان هوا را در کیس خود مهندسی کنید.

4. مهندسی جریان هوا

قبل از شروع، نگاهی به جایگاه‌های نصب فن کیس خود بیندازید و بهترین مسیر جریان هوا را با توجه به جایگاه فن‌ها، برای کیس خود طراحی کنید. در ادامه، نکاتی آورده‌ شده که باید به آن‌ها توجه داشته باشید.

هنگامی که می‌خواهید یک فن را در جایگاه خود نصب کنید، باید به جهت نصب فن توجه داشته باشید. بسته به جهت نصب، جهت جریان هوای ایجاد شده توسط فن نیز تغییر می‌کند؛ درست مانند تصویر مقابل. همان طور که از تصویر برداشت می‌شود، هر فن دو سو دارد: سوی جلویی که پره‌های فن از این سو نمایان هستند و سوی پشتی که از آن، موتور فن و پنجره‌های پلاستیکی نگه‌دارندۀ آن قابل رؤیت هستند. در ادامه از دو اصطلاح «سمت جلویی فن» و «سمت پشتی فن» برای تعیین جهت نصب فن استفاده خواهیم کرد.

برای نصب فن در جلو یا زیر کیس، باید سمت جلویی فن رو به بیرون کیس باشد تا هوای تازه از خارج به داخل هدایت شود. هنگامی که می‌خواهید در پشت یا بالای کیس فن نصب کنید، سمت پشتی آن باید به سمت بیرون کیس باشد تا هوای گرم از پشت و بالای کیس، خارج شود.

5. به طراحی کیس خود اعتماد کنید.

5. توجه به طراحی کیس

در طراحی بیشتر کیس‌ها مسیر استاندارد جریان هوا، از پیش مشخص شده که در بیشتر اوقت، به صورت «جلو به پشت» و «پایین به بالا» است. این، بدین معناست که فن‌هایی که قرار است هوا را به داخل کیس هدایت کنند، باید در جلوی کیس نصب شوند (و در صورتی که جایگاه‌های نصب جلوی کیس در دسترس نیستند، در زیر کیس).

فن‌هایی که قرار است هوا را از کیس خارج کنند و جهت جریان هوای تولیدی آن‌ها به سمت بیرون است، باید در پشت و بالای کیس نصب شوند. مطابق قوانین ترمودینامیک، هوای خنک همیشه پائین‌تر از هوای گرم قرار می‌گیرد؛ پس به هیچ وجه فن‌های زیر کیس را طوری نصب نکنید که هوا را از کیس خارج کنند؛ چرا که در این صورت به جای هوای گرم، هوای خنک را از کیس خارج خواهید کرد.

پس به طور کلی، مسیر جریان هوا باید «از جلو به عقب» و «از پایین به بالا» طراحی شود. فن‌های کناری نیز، بسته به چیدمان و نوع قطعات شما می‌توانند هوا را به داخل کیس بکشند و یا از کیس خارج کنند.

6. حواستان به کابل‌ها و دیگر موانع باشد

6. موانع جریان هوا

به طور کلی، بهتر است که تا حد امکان موانع کمتری در مسیر جریان هوا از فن‌های ورودی تا فن‌های خروجی قرار بگیرند؛ چرا که وجود موانع کمتر باعث افزایش سرعت جریان هوا و روند انتقال آن شده و بازده سیستم‌های خنک کننده را بالاتر می‌برد. سعی کنید کابل‌های «فلت» و بلند نظیر کابل‌های متصل به دستگاه‌های ذخیره سازی، درایو نوری یا کارت گرافیک را به صورت عمودی نصب کنید. البته که شیوۀ عبور سیم‌ها، بسته به مدل کیس می‌تواند متفاوت باشد.

کابل‌ها، خصوصاً کابل‌های اصلی منبع تغذیه، می‌توانند ایجاد مشکل کنند. بیشتر کیس‌های سایز بزرگ سوراخ‌ها و کانال‌هایی اختصاصی برای عبور سیم‌ها دارند (غالباً از پشت سینی مادربرد). به طور خلاصه، تا جای ممکن کابل‌ها را از مسیر جریان هوا خارج کنید؛ درست مانند سیستم زیر.

و اما این یکی سیستم که در پایین مشاهده می‌کنید، یک مثال از مدیریت ناصحیح کابل‌هاست. این کیس ساده، هیچ فضایی برای عبور سیم‌های اضافه در اختیار کاربر قرار نمی‌دهد. اما اگر شما نیز از همچین کیسی استفاده می‌کنید، همچنان می‌توانید راه‌هایی برای مدیریت هرچه صحیح‌تر کابل‌ها پیدا کنید.

فیلترهای تعبیه شده تزئینی نیستند!

بیشتر کیس‌ها، چندین جایگاه برای نصب فن دارند؛ گاهی حتی بیشتر از تعداد فن‌های از پیش نصب شده. اگر کیس شما به  دریچه‌های پوشاننده مجهز است، از آن‌ها استفاده کنید. شاید باز نگه داشتن کانال‌ها و عدم استفاده از پوشش‌ها به نیت خروج بیشتر هوای گرم، به نظر گزینۀ بهتری بیاید؛ ولی بسیار بهینه‌تر خواهد بود اگر اجازه دهید هوا تنها از فن‌های خروجی خارج شود، چرا که تنها یک یا چند مکان کوچک برای گرد و غبار گرفتن باقی می‌ماند! به طبع، مطمئن شوید که تمام پوشاننده‌های موجود را برای مسدود کردن درگاه‌های توسعه و جایگاه‌های درایو بلااستفاده نصب کرده‌اید.

7. نقاط گرم را هدف بگیرید.

7. دقت به نقاط گرم

پردازندۀ شما قطعاً به هیت سینک و فن خود مجهز است (حتی اگه خودتان آن‌را نصب نکرده باشید). فن خنک کنندۀ پردازنده، تنها فنی است که مستقیماً روی مادربرد نصب می‌شود. این فن، گرمای تولید شده توسط پردازنده را به جریان اصلی هوای کیس منتقل می‌کند؛ پس بهتر است یک فن خارج کنندۀ هوا از کیس را تا حد امکان نزدیک به خنک کنندۀ پردازنده نصب کنید. نصب یک فن در کنار کیس نیز می‌تواند به این فرایند کمک کند، ولی تمام کیس‌ها به چنین جایگاهی برای نصب فن مجهز نیستند.

اگر شما یک خنک کنندۀ بزرگ مجزا برای پردازندۀ خود خریداری کرده‌اید، ممکن است خود به یک یا چند فن مجهز باشد. سعی کنید جهت خروج جریان هوا از این فن‌ها را همسو با یکی از فن‌های خروجی کیس تنظیم کنید تا گرمای تولید شده توسط پردازنده، مستقیماً از کیس خارج شود. بیشتر خنک کننده‌های پردازنده می‌توانند در جهت‌های مختلف نصب شوند تا این امر، راحت‌تر حاصل شود (و در صورت نیاز، بتوان به آسانی برای دیگر قطعات فضا باز کرد).

همچنین، فراموش نکنید که جهت جریان هوای فن از «سمت جلویی» به طرف «سمت پشتی» است.

8. فشار هوای داخل کیس را تنظیم کنید.

8. تنظیم فشار هوای داخل کیس

کیس کامپیوتر را به صورت یک جعبۀ ایزوله شده در نظر بگیرید و فرض کنید که میزان هوای جابجا شده توسط هر فن نیز بر واحد زمان، یکسان است (در حقیقت نه کیس، کاملاً ایزوله و نه میزان هوادهی فن‌ها کاملاً برابر هستند؛ ولی قصد داریم مسئله را به صورت کلی بررسی کنیم). اگر برابری سرعت و اندازه‌های فن‌ها را نیز به دو فرض فوق اضافه کنیم، فشار هوای داخل کیس نسبت به فشار هوای اتاق از این سه حالت خارج نیست:

• فشار هوای مثبت: تعداد فن‌هایی که هوا را به داخل کیس می‌‎آورند، از تعداد فن‌هایی که هوا را از کیس خارج می‌کنند بیشتر است.
• فشار هوای منفی: تعداد فن‌هایی که هوا را از کیس خارج می‌کنند، از تعداد فن‌هایی که هوا را به داخل کیس می‌آورند بیشتر است.
• فشار هوای یکسان با اتاق: تعداد فن‌هایی که هوا را از کیس خارج می‌کنند، با تعداد فن‌هایی که هوا را به خالی کیس می‌آورند برابر است.

در حقیقت به خاطر وجود دیگر قطعات در کیس و خنک کننده‌هایشان (مانند کارت گرافیک) و نیز وجود اختلاف دما میان هوای قسمت‌های مختلف کیس، حصول برابری کامل فشار برای تمام نواحی داخل کیس تقریباً غیرممکن است. در حداقلی و پایه‌ترین حالت نیز، شما به یک فن ورودی و یک فن خروجی نیاز دارید؛ پس فرض می‌کنیم که تعداد فن‌های شما از دو بیشتر است. حال ایجاد کدام یک از حالت‌های قابل حصول، بهتر است؛ فشار هوای مثبت یا فشار هوای منفی؟

فشار هوای مثبت یا فشار هوای منفی؟

هر دو مورد، خوبی‌های خود را دارند. فشار هوای منفی به صورت نظری و روی کاغذ باید موجب خنک‌تر شدن هوای داخل کیس بشود؛ چرا که فن‌های بیشتری مشغول خارج کردن هوا از کیس هستند. اما مشکل این حالت، ایجاد خلاء نسبی در داخل کیس است که به موجب آن، از تمام حفره‌های بسته نشدۀ کیس مانند درگاه‌های بلااستفادۀ PCIe و شکاف‌های خود بدنۀ کیس، هوا به داخل کیس می‌آید. در آن سو، فشار هوای مثبت شاید محیطی به خنکی فشار هوای منفی ایجاد نکند اما در صورت ایجاد شدن در کنار نصب فیلتر‌های گرد و خاک، به میزان قابل توجهی مانع از ورود گرد و خاک به داخل کیس می‌شود؛ چرا که این بار، هوا به جای اینکه از حفره‌های باز وارد کیس شود، از آن‌ها خارج می‌شود.

تفاوت جزئی به دلیل آرمانی نبودن شرایط

دیدگاه‌ها در مورد فشار‌ هوای مثبت و منفی تلفیق شده‌اند. بسیاری از کاربران به سراغ یک حالت متعادل می‌روند که این حالت می‌تواند متمایل به فشار هوای منفی (به خاطر خنک شدن هوای داخل کیس) و یا فشار هوای مثبت (ورود گرد و خاک کمتر به داخل کیس) باشد؛ توصیۀ ما نیز حالتی میان این دو است. در واقعیت، کیس‌های کامپیوتر با یک محیط کاملاً ایزوله فاصلۀ بسیار دارند و تفاوت چندانی نیز میان این دو حالت وجود ندارد. اگر حس می‌کنید گرد و خاک زیادی وارد سیستم شما می‌شود، یکی از فن‌های ورودی را به فن خروجی تغییر دهید. اگر هم خیلی نگران دمای قطعات هستید، با استفاده از نرم افزار‌های مربوطه دمای پردازنده و کارت گرافیک را پایش و پیکربندی‌های مختلف را تست کنید.

9. گرد و خاک: قاتل خاموش

9. گرد و خاک: قاتل خاموش

گرد و خاک دشمن سیستم خنک کننده است

حتی اگر سیستمی با وسواس و دقت زیاد اسمبل شده‌ باشد، گرد و خاک باز به داخل آن می‌آید. اگر سیستم شما در محیطی خشک و پر گرد و خاک فعالیت می‌کند یا در کنار سیستم سیگار می‌کشید یا حیوانات خانگی دارید، باید به مسئلۀ گرد و خاک توجه بیشتری را معطوف کنید. سیستم خود را از این نظر منظم بررسی کنید؛ چرا که گرد و خاک بیشتر به معنای خنک کننگی ضعیف‌تر است.

اگر در یک محیط پر گرد و خاک زندگی می‌کنید، تقریباً هر شش ماه یکبار (یا زودتر) سیستم خود را با یک دستگاه دمنده (Blower) یا اسپری هوای خشک گردگیری کنید. در صورتی که برای مدت زیادی سیستم خود را تمیز نکرده‌اید، شاید بهتر باشد که فن‌ها را خارج و تیغه‌هایشان را جداگانه تمیز کنید.

برای جلوگیری از ورود گرد و خاک به سیستم، فیلتر‌های گرد و غبار روی فن‌های سیستم نصب کنید. در هر تمیزکاری چند ماه یک بار، این فیلترها را خارج کنید و با آب بشویید و بگذارید خشک شوند. ایجاد اندکی فشار هوای مثبت نیز می‌تواند کمک کننده باشد. بسیاری از کیس‌های قابل خریداری در بازار، از پیش به فیلتر‌های گرد و غبار مجهز شده‌اند. در غیر این صورت، می‌توانید این فیلترها را به صورت جداگانه خریداری کنید و یا با پارچۀ توری، خودتان برای سیستم‌تان فیلتر بسازید!

10. گزینه‌ای به نام واترکولر

10. استفاده از خنک کنندۀ مایع

اگر به فکر نصب یک سیستم خنک کنندۀ مایع در سیستم خود هستید که با گردش جریان مایع پردازنده یا کارت گرافیک را خنک می‌کند، بدانید که یک اسمبل پیچیده در مقابل دارید. اما در نظر داشته باشید؛ سیستم‌های خنک کنندۀ مایع تاثیر خودشان را روی گردش هوای داخلی کیس می‌گذارند. مجموعۀ رادیاتور و فن‌ها می‌توانند در پشت، جلو، بالا یا پایین کیس نصب شوند ولی بازده کمتری نسبت به فن‌های تنها (بدون رادیاتور) دارند.

در صورت امکان، رادیاتور و فن‌های آن را به عنوان فن‌های خروجی نصب کنید. تعبیۀ آن‌ها به عنوان ورودی هوا باعث می‌‍شود که هوای خنک اتاق قبل از ورود به داخل کیس، با گذر از رادیاتور گرم شود و دمای داخل کیس را بالا ببرد که عملاً زیر سوال برندۀ ماهیت خنک کنندگی مایع است.