Täyspassiivinen DIY HTPC-koteloprojekti

Lähti vihdoin ja viimein uuden HTPC-kotelon rakentaminen käyntiin. Tällä kertaa tavoitteena on tehdä täysin passiivinen kotelo (0kpl tuulettimia) joka kuitenkin toimii vakaasti ja riittävän viileänä, mahdollistaen komponenttien pitkän eliniän. Lämmön siirtämiseen hoitaa heatpipet. Lämmön haihduttamisen hoitaa kotelo itsessään... toivottavasti.



Ensiksi aloitin halkaisemalla reilun kokoisen jäähdytysprofiilin, josta tulee mukavat kotelon kyljet. Isoista jäähdytysprofiileista oli juttua ja aiemmin tuolla säikeessä. Suuret kiitokset vielä Hartsu:lle profilin toimittamisesta.



Ja tietysti tälläkin kertaa laaduntarkastaja valvoo projektia. Välillä turhankin läheltä tarkkaillen.



Siinä unituore Intelin DG965MQ G965 piirisarjalla oleva microBTX emo, juuri otettuna paketista. Löytyy integroitu GMA X3000 näytönohjain VGA ja DVI-D lähdöillä, spdif, PCI-E liitin tulevia laajennuksia varten jne... eli varsin mukavan oloinen emo HTPC käyttöä ajatellen.



Siinä pari Zalman ZM-2HC2 kovalevyjäähyä josta saa hyödynnettyä heatpipet prosessorin ym. jäädytystä varten.



Siinä lämpölevyjen sommittelua. Pohja ja päällä olevat lämpölevyt ovat 10mm alumiinia. Kotelo näyttää tulevan melko täyteen, ja powerin pitää laittaa aivan kotelon etuosaan. Poweriksi tulee puolipassiivinen ElanVital 500W jonka ei pitäisi tällä kokoonpanolla pyöriä koskaan. Kuvissa oleva poweri on rikki, joten se toimii vain mitoitusapuna.











Kerään vaikkapa tähän kaikki jutussa olevat kuvat:

 

Lisäilen juttua ja kuvia sitä mukaa kun projekti edistyy...

 

Näkyy olevan suunnitteluvirheenä ilman kiertämisen huonous. Tietokoneissa on tuhansia komponentteja, jotka on suunniteltu siirtämään hukkatehonsa liikkuvaan ilmaan, ja ellei ilma liiku lainkaan, komponentit ylikuumenevat. Ellei siitä seuraa epävakautta, ainakin komponenttien elinikä ja luotettavuus romahtaa.

Siispä ilman liikkumaan saattaminen on jutun juoni.

Minä tekisin koneen, jonka muoto on kuin savupiippu. Ulkoa vaikka viemäriputkea tai pahvia, ihan sama, mutta putken sisäpinnoissa olisivat jäähdytysrivastot. Alimpana putkessa asuisivat herkimmät komponentit (kiintolevyt) ja ylimpänä kuumuutta eniten sietävät komponentit (näytönohjain kenties). Putken alapää pidetään irti lattiasta esim. 10 cm, joten putkeen imeytyy viilein mahdollinen ilma, joka putken SISÄLLÄ edetessään alkaa kuumentua, siis laajentua, josta seuraa ilmavirtausnopeuden kiihtyminen. Noin 100-120 cm korkeudella putki sitten loppuu, ja kuuma ilma jatkaa juoksuaan kohti huoneen kattoa.

Näin on taattu kaikille komponenteille liikkuvan ilman saanti. Putken yläosassa liikkuva ilma on toki kuumaa, mutta sentään liikkuvaa. Liikkuva kuuma ilma on parempi vaihtoehto kuin paikallaan seisova ilma. Paikalleen jumiutunut ilma muodostaa kuumien komponenttien päälle kuuman ilmapatsaan, kuuman kuplan.

Pahin suunnitteluvirhe on matala tuulettimeton pöytäkotelo, jossa ei ole mitään korkeuseroja. Sellainen vaatii aina pakotetun ilmankierron. Tornikotelossa tapahtuu lievää luontaista ilman liikettä ilman tuulettimiakin, vähän kuin saunassa, eli kiuas/kuuma esine pumppaa saunan/tornikotelon kattoon kuuman ilmapatjan, samalla kun kuuman objektin alapuolella vallitsee viileämpi patja. Saunassa ilmiö onnimeltään "varpaat jäätyy ja korvat savuaa".

Jos tällaiseen eri lämpötilaisia ilmapatjoja sisältävään tilaan tehdään ilmanvaihtoreiät lattialle ja kattoon, ilma vaihtuu itsekseen, energianlähteenä ilman liikuttamiselle toimivat ne kuumat esineet. Hyödynnetään hukkalämpöä tuulettimen korvikkeena. Matala pöytäkotelo toimii erittäin huonosti vaikka siinä olisi ilmanvaihtoreikiä. Tästä on esimerkkinä vaikkapa kotiteatterivahvistimet. Ne ovat liian matalia, eli niissä olevat kuumat objektit ovat todella kuumia ennen kuin ilma alkaa liikkua, jopa sadassa asteessa, ja se on tietokonekomponenteille tuhoisa lämpötila.

 

Ok, kiitoksia DVB-G tästä kannustavasta aiheen käsittelystä.

Sinänsä tuossa ei ole suunnitteluvirhettä, koska tiedän kyllä että ilman täytyy saada liikkumaan senverran kuin on mahdollista ilman koneellista apua, eli pelkästään lämpimän nousevan ilman "vedon" avulla. Pohjaan on siis tulossa rei'itystä tietyille alueille.

Esteettisistä syistä on tehtävä ns. "hifimallinen" vaakakotelo, vaikkakaan ilman kierron kannalta se ei ole paras vaihtoehto. Mutta onpahan hiukan haastetta. En voisi kelpuuttaa mitään korkeaa pahvista putkikoteloa meidän olohuoneeseen, ja tuskin vaimokaan sellaista kattelis, vaikka olis kuinka äänetön.

Kovalevyjen jäähdytys on suunniteltu hoitavan siten että niiden tuottama lämpö siirtyy kotelon runkoa pitkin toisen laidan jäähdytysrivastolle haihdutettavaksi. Suurin osa prosessorin lämmöstä (65W) on tarkoitus siirtää vastaavasti toiseen laitaan ja tuohon päällä olevaan ylälevyyn. Poweri taas tulee ylösalaisin, jolloin lämmin ilma pääsee vapaasti nousemaan sen 120mm tuulettajan aukosta. Eikä sen paljoa lämpöä pitäisi tuottaakaan alle puolella teholla (hyötysuhde ~80%).

Suurimman huolen aiheuttaa emon virransyötön komponentit, jotka ainakin monissa emoissa käyvät melko kuumina. Tosin mitään faktaa mulla ei ole onko se enää näiden Core2Duo emojen ongelma normaalikäytössä. Muutenhan emossa ei mitään imeemmin kuumenevaa ole jos ei piirisarjaa lasketa.

Katsotaan nyt miten homma etenee... yleensä näiden projektien edetessä suunnitelmat muuttuvat, ja uusia oivalluksia tulee mieleen, mitä aiemmin ei ole huomannut huomioida. Ajatuksia ja ehdotuksia saa heitellä, kritiikkiä ja neuvoja kuunnellaan.

 

Pitäisi keksiä epämagneettinen menetelmä siirtää hakkurikelojen kuumuus muualle. Ainakin minun kaikissa emoissani ne kelat ovat liian kuumia sormin kosketella, ja kelojen vieressä seisovat elkot ylikuumenevat, ellei ilmaa saada vaihtumaan. Ehkäpä muutaman millin paksu piitahnakerros keloihin ja alumiinisiili tahnan toiselle puolelle.

Pystyelkoihin voi pistää piitahnan avulla korkeat metalliputket ympärille, kupariputki on hyvä. Elkon päässä olevaa ristiuraa ei saa peittää, se on ylipaineen varaventtiili.



Ellei teoriapohjalta tiedä mitä komponentteja pitäisi viilentää, ei se mitään. Käytetään tietokonetta tunnin ajan, avataan kotelo ja MÄRILLÄ sormilla hipelöidään joka paikkaa: keloja, konkkia, vastuksia, mikropiirejä. Aina kun kuuluu kiljuntaa, on löydetty ylikuuma komponentti, joka vaatii piitahnaa ja oman siilin päälleen. Elko on herkin suojelua kaipaava otus, vastus kestää kohtuullista kuumuutta rikkoutumatta ja kela voi toimia jopa pirun kuumana. Mutta ne kuumat osat siis voivat kiusata lähimpiä viattomia osia, muutaman sentin säteellä.

 

Olen kyllä samaa mieltä DVB-G:n kanssa, että ei pelkät alumiinielementit sivussa ja reiät pohjassa ja kannessa riitä. Vaikka lämmin ilma pyrkii nousemaan pois kotelosta yms perus fysiikkaa, niin en usko että virtaus ilman tuulettimia tule olemaan riittävä, jos esim. emon SB/NB:n, grafiikkapiirin ja prossun lämpö ei johdeta suoraan esim. heatpipen avulla noihin sivuelementteihin.

 

(rivoituksen suunta on tosiaan väärä, mutta elämä on...)

Vakio core2duo tulossa tuohon? Tuo 65W on malliston tehokkaimmalle prossulle, E6400 esmes toiminee vakiona huomattalla alijännitteellä, 25w ei liene mahdottomuus. Emoksi kannattaa valita sellainen jossa ei ole (tavallisia)elektrolyyttikonkkia prossun virransyötössä, esim gigabyte ds3, asus p5b deluxe, p5b-e, p5b-e-plus Noissa on käytetty "solid polymer aluminium electrolytic cap" jotka ovat 6-0 normielkoja parempia. Edit: emohan olikin jo kuvissa, näyttäs olevan ok.

 

Komppaan DVB-G:tä ja Yeniä, jotta kotelon pohjassa olevat reiät auttaisivat, pitäisi emolevyssäkin olla reikiä (kuten myös kotelon katossa), muuten ei ilma kierrä tarpeeksi eikä tasaisesti ... jos kohta ollenkaan vaan ilma seisoo sisällä.

Sen verran itse varmistelisin asioita ilmankierron suhteen, että ainakin PSU:n yhteydessä olevan tuulettimen laittaisin jatkuvasti päälle olevaksi. Koteloon korvausilman ottoreikiä kohtuullisesti (ei liikaa) kotelon reunoille, jotta saadaan vinkka tasaisesti sisään koteloon ja yhdestä isosta reiästä ulos (PSU:n tuuletin). Hiljaisten 12cm:n tuulettimien en usko häiritsevän liikaa medianautintoja. Jos kokonaan ilman tuulettimia meinaa selvitä, on tehtävä nestekiertoinen jäähdytys ja tuotava lämpenevä iso kokoinen jäähdytin ulos kotelosta tai kotelon runkoon. Toinen vaihtoehto on DVB-G:n mainitsema savupiippuefekti, mun sen luomiseen tarvitaan melko pitkästi putkea ja runsaahko lämpötilaero, ennenkuin veto alkaa. Huonollo tuurilla veto ei pääse alkamaan ja se pitää auttaa alkuun ... sivuluukku "savu"piippuun ja sytkällä sinne lämpöä jotta ilmaan syntyy nostetta ja saadaan veto alkuun.

 

Muistutan vielä siitä, että kone joka tapauksessa meluaa hirvittävästi, ja melun pääsy korvaan pitää jotenkin estää. Reikäinen passiivijäähykotelo juuri päinvastoin läpäisee häiriöääniä helposti.

Mainitsemani savupiippurakenne on kaikista paras, pitkä putki voidaan äänenvaimentaa päätyosiltaan ja putken pituus suuntaa ja vaimentaa ääniä itsekseenkin. Huoneessa voisi olla ikäänkuin 3 kpl korkeita tynnyreitä. Laitimmaiset etunurkissa ovat 400-litraisia subbareita ja keskimmäinen on "äänetön piippupeecee". Hihhih.



Tuuletin ei suinkaan ole meluisin esine hiljaiseksi rakennetussa tietokoneessa, kiintolevyt huutavat eniten. Toiseksi kovin häirikkö ovat hakkurikelat ja konkat. Esim. kun määrään koneen virtaa säästäviin StopGrant-moodeihin (ohjelmalla CoolON), alkavat kelat/konkat pitää kamalaa siritystä, kuin heinäsirkkalauma ikään. Vaihdoin jopa pienen prossutuulettimen isoksi ja hitaasti pyöriväksi, kun luulin tuulettimen laakeroinnin sirisevän. Mutta sirinä ei kadonnut mihinkään, se tulee keloista ja/tai konkista, eikä niille voi mitään tavallista vaimennuskikkailua tehdä. Kyse kun ei ole resonanssista, korkeataajuisesta vingusta, vaan hakkaavasta moduloivasta säksätyksestä, jonka luonne vaihtelee prossukuorman mukaisesti.

Eli kun haluaa alentaa sähkönkulutusta ja täten ilmanvaihdon tarvetta, saa riesakseen heinäsirkkalauman, ja pitääkin ruveta todella massiivisesti vaimentamaan emolevyn ääntelehtimistä. Emolevy on iso esine, siksi urakka on vaativa (kiintolevyn saa äänieristettyä helpommin). Äänenvaimennuksessa mennään todella helposti ojasta allikkoon, melutaso voikin kasvaa eikä hiljene.



Lyhyesti: ilmanvaihdon mukana karkaavat pahimmat metelit, siksi kannattaa minimoida tuoreilmaa vaativien osien määrä; lämpöputkilla/metallilla/nestejäähyllä viedään pahimmat lämpökuormat "äänettömästi" toisaalle, joten viilennysilmaa tarvitaan lopuksi vain hieman, ja pienen liikkuvan ilmamäärän äänenvaimennus on helppoa, sen hoitaa "15...18 dB tuuletin", jonka oma ääni vaimenee kotelon äänenvaimentimien ansiosta.

 

Tuossa vertailukohtana olevassa kaupallisessa passiivilaatikossa ei liene ropeleita sisällä? En usko että ilmanvirtaus kotelon sisällä on tarpeellista jos ilman lämpötila pysyy riittävän alhaisena. Emolevyillehän ei speksata mitään "viilennys-puhallusta". Ilma kyllä liikkuu lämpöliikkeen vuoksi jos komponentti lämpiää reilummin.

Mutta noi siilet toiminevat parhaiten pystyasennossa, vaakatasossa ne eivät välttämättä toimi ollenkaan hyvin. Lisäksi heatpipe+konvektio aiheuttanee suht suuren lämpötilaeron jolloin kotelon sisus ei olekaan kovin viileä. Tosin pienivirtaiset komponentit auttanevat asiaan. Jos prossu käyttää alle 50W ja näytönohjainkin menee kevyellä kuormalla, pitäisi jäähdytyspintaa olla mukavasti.

Kotelon rei'itys tuntuisi tuhoavan ideaa hiljaisesta kotelosta. Tosin eipä siellä enää paljoa ääntäpitävää ole sisällä...

 

tuli tuossa mieleen jotta mitenköhän on, voisko passiivisella vesijäähyllä saada aikaan riittävää jäähdytystehoa tuommoselle multimeediapuuceelle? Elikkä siis konvektio hoitaisi nesteen kiertämisen, ts. lämmin vesi nousee ylöspäin kotelon kattoon jäähtymään ja jäähtynyt vesi laskeutuu takaisin alas jne...

Mitenköhän suuria lämpötilaeroja ja jäähdytyspinta-aloja tuommonen systeemi vaatisi toimiakseen?

 

Mites jos tekis kotelosta tiiviin ja hulauttais jotain "luomu"-muuntajaöljyä täyteen? Tietysti melkein mikä tahansa sähköäjohtamaton, korroosioton litku käy, joten olisko vaikka rypsiöljy sellainen? Sitä vois kierrättää vaikka akvaariopumpulla tai flektillä ja käyttää jäähtymässä vaikka pihalla, jos ei kotelon reunasiilet riitä. Ja jos osista vielä joskus haluaa eroon, niin kyllä kait ne öljyt Sinolilla lähtee, virtalähteen ja kiintolevyN vois kuitenkin jättää kuivalle maalle.
Eikös se Craykin ui jossain nesteessä... :thumbsup:

 

Juu, optimaalinenhan olisi pystyrivoitus. Uskon vakaasti sen jäähdyttävän riittävän hyvin noinkin. Pinta-alaa on kuitenkin melko reilusti.

Ok, tuolta vain katsoin noita wattimääriä. Todennäköisesti tähän tulee E6300 tai E6400. Hyvä jos nuo kestää reiluja alivoltteja. Joku 30-40W kuullosta jo liika hyvältä, varsinkin kun on jo tottunut P4 Prescott:in 110W lämmöntuottoon.

Hahaa, voisin kuvitella vaimon ilmeen kun olohuoneeseen olis pystytetty tuollainen patteristo.

Jep, eli käsittääkseni se on lähinnä tuurista kiinni kuuluuko komponenteista sähkön ääniä. Voi olla täysin äänettömiä emoja, kun taas joidenkin virransyöttö inisee kuin hyttysparvi. Omaa kokemusta... Vanha Asus A7V333 lankku oli äänetön, kun taas nykyinen P4C800 ulisee rasituksessa hieman. Virtalähteissä on sama juttu. ElanVital virtalähteet ovat vissiin pääsääntöisesti kuitenkin oikeasti äänettömiä. Vinkuvat yksilöt on vaihdettu takuuseen. Näin ainakin maailmalla.

Uskon että tuolla integroidulla näytönohjaimella ja alivoltitetulla prosessorilla lämmöt pysyvät kivasti kohtuuden rajoissa. Sitten kun uutta grafiikkakorttia pitää tuonne sovittaa niin saattaa syntyä pientä ongelmaa... ehkä.


Tuossa nyt kuitenkin pari uutta projektikuvaa:





Tehdään lisää reikää jos nuo ei riitä. Prosessorin blokin kiinnityskin on nyt valmiina kotelon pohjassa. Asia jota ehkä kaivattaisiin kaupallisiinkin tuotteisiin...? Täytyy vielä muuttaa nuo emon kiinnitysruuvit 3 millisiksi. Senverran heittoa tuli porauksen yhteydessä ettei 4mm ruuvit tahdo tulla 4mm reästä läpi.

 

Tuohon vielä senverran että, kiintolevyt on tarkoitus kapseloida omaan pieneen umpinaiseen alumiinikoteloon jolla on suora yhteys toisen puolen jäähdytysripaan. Tosin joustavaa kotelosta eristämistä en nyt pysty toteuttamaan, mutta onhan kotelossa massaa reilusti, joten en usko kiintolevyjen tärinästä koituvan ongelmaa.

 

Kiinostava projekti...mieleeni muistuu pari vastaavaa juttua:
mikro bitissä oli about vuosi sitten (11/05?) HTPC -vertailu, jossa oli yksi (kallis) passiivi heatpipe kotelo -- rakenne vastasi aikalailla tuota kuvaasi.

toinen aiheeseen liittyvä artikkeli
http://www.silentpcreview.com/article114-page1.html
käsitteleen ensi sijassa heatsink mitoitusta.

Vinkki:
tee hd:n kotelointi jostakin painaavammasta, esim umpiraudasta...

 

Kiinnitä kovalevyt sinne pikkukotelon sisään jollakin silikonilla joka ei kovetu. Muutama silikonipisara kulmiin riittää niin kovalevyn saa tarvittaessa vielä irtikin silikonista. Pikkuisen silikonia pitää jättää kotelon ja kovalevyn väliin ettei olem etalli metallia vasten.

 

Varoitusksena alkuun, että en sitten tiedä tietokoneen kasaamisesta yhtään mitään, mutta kysyn että pystyisikö tuossa myös virtalähteen koteloimaan omaan koteloonsa jolloin se ei olisi sisällä lämmittämässä muuta komponenttiosastoa. Jaa enpä tiedä tuleeko tuosta edes lämpökuormaa. Sain idean siitä kun ulkoisia virtalähteitä on melkein kaikissa hi-end osaston musiikkivehkeissä, tosin siltä osastolta löytyy tunnetusti kaikennäköisiä syitä näihin kummallisiin järjestelyihin.

 

Tulipa omanlainen suunnitelma mieleen kun katsoin tuota sinun rakennelmaasi (joka muuten vaikuttaa ihan hyvältä )

Pohja olisi samanlainen kuin sinulla, n. 1cm paksua alumiinilevyä. Etulevy myös sentin paksua alumiinilevyä, jotta värinät&muut äänet vaimenevat mahdollisimman hyvin. Katto ja toinen sivu olisi yhtenäinen, 5mm paksusta alumiinilevystä taitettu osanen. Mutta tämä jäljelle jäävä sivu olisikin sitten lauhdutin, rivasto jonka läpi kulkee kupariputket. Siis koneen jäähdytys perustuisi veteen ja yksi seinä varataan veden jäähdytykselle. Koneessa olisi ainoastaan kolme meluavaa osaa, joita olisivat mahdollisimman hiljainen virtalähde, kiintolevy sekä vesipumppu. Virtalähteen poweri pitäisi huolen siitä, että lauhduttimen läpi kulkee jonkun verran ilmaa ja myös siitä että esim. emolevyn kuumenevat osat saavat pientä viilentävää ilmavirtausta.

Tämä ratkaisu ei olisi toki virheetön; lauhdutin kun päästää melua lävitseen. Ratkaisuksi voisi tietenkin kokeilla jonkunlaista tiheää ritilää sen eteen, mutta lienekkö sillä olisi enemmän negatiivisia kuin positiivisia vaikutuksia. Luulisi nyt kuitenkin, että jos kovalevylle ja vesipumpulle rakentaa eristyksen vielä kotelon sisäänkin, niin koneen ääntely olisi hyvin minimalistista. Sopivan lauhduttimen löytyminen voi olla vaikeaa, mutta niitäkin saa muistaakseni jostain ostettua ihan tilaustyönä. Itse kotelon korkeudesta riippuen jäähdytysblokkien sopivuus vaihtelee. Jos kotelo on kohtuullisen korkea, sopii sinne helposti kaupalliset ja miksei itsetehdytkin ylöspäin sojottavilla lähdöillä varustellut blokit.

 

Sinänsä ymmärrän mitä haet takaa, eli massaa lisää niin värinät vaimenee. Tavallinen teräs/rauta johtaa vain lämpöä tosi huonosti, joten kovoilla vois tulla kuumat oltavat kun lämpö ei johdu ulos. Kuparillahan hoitus molemmat asiat.

Täytyy ehkä olla metalli metallia vasten jotta lämpö johtuu ulos alumiinia pitkin jäähdytysrivalle. Voin ennustaa lyhyttä ikää kovoille jos lämpöä ei saada siirrettyä umpiboksista pihalle.

Olen kyllä ajatellut tehdä virtalähteelle suojaava läpösuojapelti joka myös ohjaa viileää ilmaa sille. Ja estää muuta konetta lämmittämästä sitä (jottei lämpötilaohjattu tuuletin ala hyrrätä).

 

Jäähdytysilmareiät kannattaa tehdä erittäin pieniksi (runsaan millin kokoinen poranterä) ja sijoittaa laajalle alalle. Silloin kukin reikä siroaa kaikki äänet pallomaisesti ympärilleen eli puoliavaruuteen, ja samalla äänen vaihe pirstaloituu diffuusiksi ja intensiteettitaso laskee; kumoaa osin itsensä.

Oletetaan, että kotelossa on pintapeltiä puoli neliömetriä ylhäällä ja puoli neliämetriä alhaalla. Tekee sentin reikärasterilla 5000+5000 reikää, kukin vaikkapa neliömillimetrin kokoinen, yhteisala vastaa kahta 70x70 mm aukkoa.

Huonoin (äänen läpäisyllisesti) tuuletusreikätyyppi on yksi iso aukko, siitä karkaavat kaikki äänet yksivaiheisena ja diskanttiäänet eivät edes siroa, ne etenevät kuin lasersäde ja kimpoavat asunnon kovista pinnoista korvaan.

Ilmanvastusta pikkureiät kyllä aiheuttavat, reilusti, mutta melua ne siis päästävät lävitseen huonommin kuin yksi iso reikä. Esim. inisevä hakkurikela tai kiintolevy kuuluu aivan esteettä 70x70 mm reiästä, mutta millin reikien kautta on vaikea sanoa onko kotelossa vinkumörköä, tai että missä ihmeen kohdassa se oikein piileskelee piuhoja pureskelemassa.

Reikien muoto kannattaa pitää kartiona, ohut millinen pää ulkoilmaa päin, leveämpi muutaman millin pää kotelon sisuksiin päin. Tämä toimii äänenvaimentimena ja lisäksi helpottaa ilman ulos pääsemistä (ja vaikeuttaa ilman pääsyä koteloon kun pohjareiät ovat samalla tekniikalla muotoiltuja).