Luft- & Wasserkühlung: Übersicht und Kaufberatung für jedermann

Thomas Böhm 121 Kommentare
Luft- & Wasserkühlung: Übersicht und Kaufberatung für jedermann
Bild: Sharangir

Wasserkühlungen in PCs sind ein Blickfang. Doch hinter schönen Systemen stecken immer auch jede Menge Zeit, Geld und Arbeit. ComputerBase gibt einen Einblick in Wakü-Grundlagen und zeigt, für wen AiO, Custom-Wasserkühlung oder herkömmliche Luftkühlung geeignet sind. Denn auch PC-Kühlung per Luft kann leise und effektiv sein.

Luft- und Wasserkühlungen: Kaufberatung und Tests

Der Artikel bietet auf Seite 1 zunächst eine Erklärung der Funktion von Luft- und Wasserkühlungen. Darüber hinaus wird geklärt, für wen sich eine Luft-, eine All-in-One-Wasserkühlung oder ein Custom-Loop lohnt. Im Abschnitt zu den AiO-Lösungen werden außerdem Empfehlungen für jeden Anspruch gegeben.

Die Seiten 2 bis 4 befassen sich ausführlich mit Custom-Wasserkühlungen. Von Schlauch bis Pumpe wird jedes Teil ausführlich beleuchtet, Empfehlungen abgegeben und anschließend zwei Beispielkonfigurationen als Kaufempfehlung genannt, um seinen PC leise und sicher zu kühlen. Die Kaufberatung findet auf Grundlage zahlloser Tests und langjähriger Erfahrung mit dem Thema statt. Einen Einfluss von Unternehmen auf diesen Artikel gab es, wie für ComputerBase üblich, nicht.

Grundlagen von Luft- und Flüssigkühlung

Eine Wasserkühlung klingt zunächst exotisch, denn Wasser und Elektronik vertragen sich ja bekanntlich nicht. Ein Blick ins Detail zeigt jedoch, dass sich Wasser- und Luftkühlung genau genommen nicht voneinander unterscheiden: Die Basis beider Kühlmethoden sieht vor, Abwärme von kleinen Flächen (Mikrochips) auf große Flächen (Radiatoren) zu übertragen, um sie anschließend an die Raumluft abzugeben.

Luftkühler: Heatpipes kombiniert mit Aluminiumlamellen
Luftkühler: Heatpipes kombiniert mit Aluminiumlamellen

Herkömmliche Luftkühler nutzen hierfür eine Kombination aus kupfernen Heatpipes und ausladenden Radiatoren aus Aluminiumlamellen. Auf den Aluminiumradiatoren werden Lüfter befestigt, welche die Wärmeabgabe durch Konvektion verbessern. Diese Technik kommt sowohl bei CPU-Kühlern als auch bei Grafikkartenkühlern zum Einsatz – mit Unterschieden im Detail und am Ende auch in der Lautstärke. PC-Komponenten mit geringerer Abwärme wie etwa Spannungswandler auf Mainboards werden hingegen vorwiegend mit Aluminiumkühlern bestückt, die in den meisten Fällen semipassiv belüftet völlig ausreichend kühlen.

Wasserkühlung funktioniert genauso

Wasserkühlung arbeitet nach dem gleichen Prinzip – es werden lediglich die Heatpipes durch Schlauchverbindungen und Kühlflüssigkeit ersetzt. Kupferne Kühlkörper werden dazu eingesetzt, die Abwärme an das flüssige Medium zu übertragen, um die Energie anschließend in Radiatoren wiederum an die Raumluft abzugeben. Für die plane Auflage kommt gleichermaßen Wärmeleitpaste zum Einsatz. Im Gegensatz zu den starren Heatpipes von Luftkühlern erlaubt Wasserkühlung eine räumliche Trennung von Kühlkörper und Radiatoren sowie eine quasi beliebige Erhöhung der Radiatorfläche. Diese beiden Punkte sorgen dafür, dass Flüssigkühlung in der Theorie deutlich leistungsfähiger als Luftkühlung ist.

Zu kühlender Mikrochip
Zu kühlender Mikrochip
Die Abwärme soll über die Kontaktfläche übertragen werden
Die Abwärme soll über die Kontaktfläche übertragen werden
Kühlblock für Flüssigkühlungen
Kühlblock für Flüssigkühlungen

Im Gegenzug wird aber auch eine zusätzliche Lärmquelle eingeführt. Wasser besitzt zwar eine hohe Wärmekapazität, jedoch eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Das Nass einer Flüssigkühlung kann Abwärme also hervorragend aufnehmen und speichern, jedoch nicht transportieren. Dazu ist eine Pumpe notwendig, die den Kühlkreis umwälzt. Nur so kann die Abwärme tatsächlich von Kühlkörpern zu Radiatoren gelangen.

Die Umsetzung ist entscheidend

Eine Wasserkühlung kann deutlich leistungsfähiger sein als Luftkühlung – allerdings nur, wenn die Umsetzung stimmt. Die pauschale Aussage, Flüssigkühlung sei leiser oder besser als Luftkühlung, stimmt schlicht und ergreifend nicht. Es gibt etliche Faktoren, welche sowohl Lautstärke als auch Kühlleistung beeinflussen. Der größte Punkt hierbei ist die Radiatorfläche: Je mehr, desto leiser und/oder kühler wird das System. Zusätzlich wirkt sich auch die Positionierung eines Radiators sehr deutlich auf sein Kühlvermögen aus. Im schlimmsten Fall wird mit einem ungünstig verbauten und kleinen Wärmetauscher gearbeitet, was letztendlich in höheren Lüfterdrehzahlen als mit klassischer Luftkühlung resultieren kann.

Luftkühlung, AiO oder doch eine Custom-Wasserkühlung?

Flüssigkühlung ist ein teures Vergnügen. Für eine Wasserkühlung müssen nicht nur Kühlkörper erstanden werden, sondern auch Radiatoren mit passenden Lüftern, die Pumpe, ein Ausgleichsbehälter sowie ein ganzes Sortiment an Anschlüssen für Schläuche oder Hardtubes. Damit landen Custom-Wasserkühlungen bereits ohne zu kühlende PC-Hardware schnell in einem Preissegment, für das bereits ein kompletter Gaming-PC mit Luftkühlung erstanden werden kann: Zwischen mehreren hundert Euro bis über 1.000 Euro Budget sollten je nach persönlichen Ansprüchen für eine leise und ansehnliche Kühlung von CPU und Grafikkarte(n) eingeplant werden.

GeForce GTX 1080 mit Kryographics und aktiver Backplate
GeForce GTX 1080 mit Kryographics und aktiver Backplate

Günstiger funktioniert eine All-in-One-Wasserkühlung, welche das beste aus beiden Welten vereinen will. Den preislichen Einstieg markiert Luftkühlung, die sich trotz der niedrigeren Kosten vor der nassen Konkurrenz nicht verstecken muss.

Kühlung mit Luft: Einfach, günstig, effektiv

Eine Luftkühlung muss nicht hinter Flüssigkühlungen zurückstecken – auch mit herkömmlichen Tower-Kühlern und Grafikkarten mit ausgereiften Kühlsystemen lässt sich eine leise und effektive Kühlung bewerkstelligen. Luftkühlung ist der Standard: Fast alle Fertigsysteme vertrauen auf diese Methode, die verbauten Komponenten in akzeptablen Temperaturbereichen zu halten.

Für eigene System-Zusammenstellungen sollte eine Luftkühlung ebenso in Betracht gezogen werden wie beim nachträglichen Optimieren eines fertigen Rechners, wenn der Wunsch nach einem leiseren System oder mehr Spielraum beim Übertakten besteht. Zu einer Luftkühlung sollte daher gegriffen werden, wenn

  • Der PC kostengünstig gekühlt werden soll
  • Die Kühlung mit geringem Aufwand realisiert werden soll
  • Wenig Zeit in Steuerung und Überwachung investiert werden soll

Gehäuselüfter, CPU-Kühler und empfehlenswerte Grafikkarten

Der erste Schritt gegen einen zu lauten PC ist der Austausch oder die Regelung lärmender Gehäuselüfter. Sofern keine Lüftersteuerung am Gehäuse selbst vorhanden ist, können Lüfter auch am Mainboard angeschlossen werden. Dabei muss zwischen 3-Pin-Lüftern, welche über die Betriebsspannung gesteuert werden, und 4-Pin-Lüftern, die mittels eines PWM-Signals geregelt werden, unterschieden werden. Ein Blick ins Handbuch des Mainboards klärt darüber auf, welche Lüfter an welchem Anschluss reguliert werden können.

Bei der Wahl der Gehäuselüfter sollte nicht nur nach dem Preis geschaut werden. Teure Markenlüfter locken mit weiten Regel-Intervallen, keinerlei wahrnehmbaren Laufgeräuschen, großzügigem Zubehör und langer Garantie. Empfehlenswerte High-End-Lüfter sind beispielsweise be quiet! Silent Wings 3, Nanoxia N.N.V., Noiseblocker NB-eLoop sowie Modelle von Noctua.

Große Tower-Kühler halten auch übertaktete CPUs in Schach

Im nächsten Schritt dürfen kleine und am Belastungslimit arbeitende Boxed-CPU-Kühler weichen. Tower-Kühler bieten eine deutlich größere Kühlfläche, womit mehr Wärme bei gleichzeitig niedrigerer Geräuschkulisse abgeführt werden kann. Grenzen werden vorwiegend vom Gehäuse sowie hohen RAM-Riegeln gesetzt, ansonsten gilt: Je größer, desto mehr Kühlpotenzial. Die Luxus-Klasse stellen Doppelturm-Kühler wie ein Noctua NH-D15 (Test) dar, welche jedoch durch ihre großen Ausmaße nicht mehr mit jedem Gehäuse kompatibel sind und durch ihr hohes Gewicht das Mainboard belasten. Beim Einsatz schwerer Tower-Kühler sollte der PC daher vorsichtig, erschütterungsarm und am besten liegend transportiert werden.

Noctua NH-D15 – 140-mm-Lüfter in der Mitte
Noctua NH-D15 – 140-mm-Lüfter in der Mitte
Scythe Mugen 5
Scythe Mugen 5
Thermalright True Spirit 140 Direct im Testsystem
Thermalright True Spirit 140 Direct im Testsystem

Gute Kühlleistung bei höherer Kompatibilität gibt es bereits zu Preisen zwischen 30 und 50 Euro. Als leiser Single-Tower-Kühler hat sich beispielsweise der Scythe Mugen 5 im Test behauptet. Mit dem schlanken Thermalright True Spirit Direct (Test) wird dem Arbeitsspeicher ebenfalls kein Höhenlimit gesetzt, allerdings muss durch die Bauhöhe von mehr als 16 cm bereits wieder auf ein entsprechend dimensioniertes PC-Gehäuse geachtet werden.

Ohren auf beim GPU-Kauf

Am einfachsten ist die Optimierung bei der Grafikkarte, denn hier übernehmen die Hersteller das bereits für den Käufer. Beim Kauf des Pixelbeschleunigers sollte daher Abstand vom Referenzdesign von AMD oder Nvidia genommen werden und auf eine Partnerkarte mit leiser Kühllösung geachtet werden. Passende Tests und Round-Ups zu verschiedenen GPU-Modellen helfen bei der Entscheidung. Am einfachsten ist ein Blick in die aktuelle Grafikkarten-Rangliste, welche mit empfehlenswerten Varianten geführt wird.

Der Luftstrom im Gehäuse

Im PC-Gehäuse sollte der Luftstrom von unten/vorn nach oben/hinten geführt werden – gegen diese gängige Praxis gibt es nichts einzuwenden. Wenn nicht gerade im niedrigsten Preissegment gesucht wird, enthalten die Hardware-Behausungen auch Staubfilter vor Lüfteröffnungen, um ein übermäßiges Verstauben der Hardware zu verhindern. Diese sollten natürlich regelmäßig gereingt werden, um ihren Zweck erfüllen zu können!

Thermaltake Core P5
Thermaltake Core P5 (Bild: Thermaltake)
Fractal Design Define R5 – Seitliche Innenraumansicht
Fractal Design Define R5 – Seitliche Innenraumansicht

Das Gehäuse selbst kann verschiedene Ansprüche erfüllen. Von klein bis groß, schlicht bis bunt beleuchtet und an der Wand aufgehängt ist alles möglich. Ein Blick in die Gehäuse-Rangliste zeigt empfehlenswerte Hardware-Behausungen. Besonderes Augenmerk sollte auf genügend Platz für den CPU-Kühler und die Grafikkarte gelegt werden. Auch weitere Kriterien wie entkoppelte HDD-Befestigungen und leise Ventilatoren helfen bei der Entscheidung.

AiO-Wasserkühlung: Außergewöhnliche Optik gegen Aufpreis

Sobald bewährte Luftkühlung nicht mehr exklusiv genug ist, trotz zu begrenztem Raum für hohe CPU-Tower-Kühler hohe Kühlleistung gefordert wird und Custom-Wasserkühlung gleichzeitig zu teuer oder aufwendig ist, kann zu einer Kompaktwasserkühlung gegriffen werden. Die sogenannten All-in-One-Kühlungen stellen als vorbefüllte und direkt einsatzbereite Flüssigkühlungen eine Zwischenform dar, die so simpel wie Luftkühler installiert werden kann, diese aber bei der Kühlleistung überflügeln soll. Der Griff zu einer AiO-Kühlung ist empfehlenswert, wenn

  • Die Optik einer Wasserkühlung bei verhältnismäßig geringem Kosten- und Installations-Aufwand erreicht werden soll
  • Warme Abluft so schnell und direkt wie möglich aus dem PC-Gehäuse befördert werden soll
  • Hohe Kühlleistung mit leichtem Zugang zum Mainboard und gefahrlosem Transport des PCs kombiniert werden soll

AiO-Wasserkühlungen sind vorrangig für Prozessoren erhältlich. Die Kühlungen sind in der Regel sogar simpler zu installieren als ausladende Luftkühler, da die Schrauben einfacher erreichbar sind: Der eigentliche CPU-Kühler ist sehr klein und der Radiator wird durch flexible Schlauchverbindungen an Lüfterplätze des PC-Gehäuses verlagert. Dadurch wird das auf dem Mainboard lastende Gewicht verringert und der Arbeitsspeicher wird leichter zugänglich, was bei häufigen Arbeiten im PC hilfreich sein kann.

Um einen messbaren Vorteil gegenüber CPU-Luftkühlern zu bekommen, sollten Kompaktwasserkühlungen wenigstens mit einer Radiatorfläche von zwei 120-Millimeter-Lüftern erstanden werden. Die Faustregel „viel hilft viel“ ist hier wörtlich zu nehmen: Als begrenzender Faktor steht nur das vom Gehäuse maximal unterstützte Radiatorformat im Wege.

AiO-Kühlungen wollen optimiert werden

Trotz hoher Kaufpreise für CPU-Kompaktwasserkühlungen von teilweise deutlich über 100 Euro verlangen die Flüssigkühlungen meist nach einer nachträglichen Anpassung, damit sie nicht nur leistungsstark, sondern auch leise agieren. Viele Modelle setzen auf schnell drehende Ventilatoren, um eine hohe Kühlleistung zu bieten. Die Lüfter sind dabei selbstverständlich nicht mehr leise und machen oftmals auch mit Lagergeräuschen auf sich aufmerksam. Wenn die Radiatorlüfter also selbst gedrosselt nicht leise genug sind, sollten sie gegen hochwertigere Modelle ausgetauscht werden.

Enermax Liqmax II 240
Enermax Liqmax II 240
Corsair H100i v2
Corsair H100i v2

Im zweiten Schritt sollte die Pumpe gedrosselt werden. Von wenigen Ausnahmen abgesehen arbeiten die kleinen AiO-Pumpen mit hohen Drehzahlen und deutlich hörbarem Betriebsgeräusch. Entweder per mitgelieferter Software oder über einen Lüfteranschluss am Mainboard können die Pumpen geregelt werden. Dabei muss die Betriebsspannung so hoch sein, dass ein sicheres Anlaufen der Pumpen gewährleistet wird. Das vom Hersteller vorgegebene Spannungsintervall darf außerdem nicht verlassen werden: Zu niedrige Umdrehungsgeschwindigkeiten können die Pumpen zerstören, weil keine ausreichende Schmierung der Mechanik mehr gewährleistet wird.

Immer eine Lärmquelle mehr

AiO-Wasserkühlungen können rein physikalisch nicht leiser als Luftkühler sein: Sie bringen neben Lüftern zur verbesserten Wärmeabgabe am Radiator nämlich die Pumpe als zusätzliche Geräuschquelle mit. Damit steigt auch das Ausfallrisiko der Kühlung. Bei einem Luftkühler kann ein Ventilator defekt sein, was sich leicht ersetzen lässt. Bei der Wasserkühlung ebenfalls, als weitere potenzielle Fehlerquelle existiert aber die Pumpe, bei deren Ausfall die gesamte AiO-Kühlung ersetzt werden muss.

NZXT Kraken X52 im Testsystem
NZXT Kraken X52 im Testsystem

All-in-One-Wasserkühlung: Kaufberatung auf Grundlage umfangreicher Tests

Auf der Suche nach der leisesten Kühlung (vor allem im Leerlauf) sollte daher die klassische Luftkühlung oder mit deutlich höheren Kosten die Custom-Wasserkühlung gewählt werden. Dennoch gibt es sehr leise Kompaktwasserkühlungen. Der be quiet! Silent Loop (Test) hat sich in dieser Hinsicht als bisheriger Spitzenreiter präsentiert. Mit beeindruckend hoher Kühlleistung bei niedrigem Kaufpreis kann der Liquid Freezer von Arctic (Test) punkten. Auffällige Beleuchtung und Steuerung sowie Überwachung per Software gibt es hingegen bei der Kraken X52 von NZXT (Test), allerdings zu einem stolzen Kaufpreis. Erweiterbare Kühlungen wie die Alphacool Eisbaer (Test) stellen eine Mischform aus AiO und Custom-Wasserkühlung dar. Die nächste Seite befasst sich mit Besonderheiten dieser Kompaktwasserkühlungen.

In der folgenden Kaufberatungs-Tabelle finden sich Produkte für verschiedene Ansprüche wieder:

Anforderung geeignetes Produkt
Preis- und Leistungstipp Arctic Liquid Freezer
Sehr leise AiO be quiet! Silent Loop
Beleuchtungs-, Überwachungs- und Steueroptionen NZXT Kraken
Erweiterbare Wasserkühlung Alphacool Eisbaer

Neben der eigentlichen CPU-Kühlung sollte auch beim Einsatz einer AiO in einen sinnvollen Luftstrom durch das Gehäuse investiert werden. Die Wärmetauscher der Kompaktwasserkühlungen sollten idealerweise im Deckel ausblasend oder vorn einsaugend befestigt werden. Ersteres sorgt für niedrige Temperaturen im Gehäuse, zweiteres für bessere CPU-Temperaturen – hier entscheidet der Käufer nach eigener Präferenz. Tests zu Gehäusen liefern Informationen zu maximal einsetzbaren Radiatorformaten und Einschränkungen beim Betrieb mit großen Wärmetauschern.

Abseits davon sollte ebenso wie bei herkömmlicher Luftkühlung zusätzlich für die Durchlüftung des PC-Gehäuses gesorgt werden. Passiv gekühlte Bauteile wie Spannungswandler auf dem Mainboard werden beim Einsatz von Wasserkühlungen schlechter gekühlt als mit Tower- oder Topblow-CPU-Kühlern. Weitere Gehäuselüfter sind also Pflicht.

Custom-Wasserkühlung: High-End-Kühlung für Bastler

Die leistungsstärkste alltagstaugliche Kühlungsmethode für einen PC ist ohne Zweifel die Wasserkühlung. Von experimentellen Kompressor-Kühlungen oder der Extrem-Übertaktern vorbehaltenen Kühlung mit flüssigem Stickstoff abgesehen kann weder mit Kompaktwasserkühlungen noch mit Luftkühlung das Temperaturniveau einer Custom-Wasserkühlung erreicht werden. Große Wasserkühlungen sind aber teuer und benötigen viel Zeit zur Gestaltung. Eine Custom-Wasserkühlung sollte daher nur in Betracht gezogen werden, wenn

  • Individualität, außergewöhnliche Optik und der Eigenbau einer Wasserkühlung im Vordergrund stehen
  • Höchste Taktraten beim Overclocking erreicht und/oder mehrere Grafikkarten leise gekühlt werden sollen
  • Kosten und Zeitaufwand keine Rolle spielen sowie handwerkliches Geschick vorhanden ist

Wer einen PC ohne großartige Übertaktung und mit nur einer Grafikkarte vernünftig leise bekommen will, benötigt keine Wasserkühlung – selbstverständlich kann aber auch in solchen Systemen ein Custom-Loop verbaut werden, um sie so leise wie möglich zu bekommen. Oft reichen aber auch schon der Austausch von billigen Lüftern mit unangenehmen Lagergeräuschen sowie eine vernünftige Lüftersteuerung aus. Interessanter wird Wasserkühlung beim Übertakten, wobei hier gilt, dass CPUs für Intel-Sockel 115x ab Ivy Bridge durch den schlechten Wärmeübergang zwischen Die und Heatspreader ins thermische Limit kommen, noch bevor die eigentliche Prozessorkühlung limitiert.

High-End-Systeme mit mehreren Grafikkarten profitieren definitiv von einer potenten Wasserkühlung. Und davon abgesehen gibt es immer noch Bastler, die einfach um des Schraubens willen eine Wasserkühlung realisieren möchten. Diese Gruppe braucht ebenso wie Silent-Fanatiker keine ans Limit übertaktete Hardware als Grund für eine Wasserkühlung. Es geht um das Projekt und eine optisch besonders ansprechende oder eben möglichst leise Umsetzung.

Ein Einblick in die Grundlagen einer Custom-Wasserkühlung

Der Eigenbau einer Wasserkühlung ist ein langwieriger Prozess, der neben klaren Zielvorstellungen auch viel Hintergrundwissen voraussetzt. Nur so kann das Projekt einer Custom-Wasserkühlung zu einem zufriedenstellenden Ergebnis gelangen. Bei einer Investition von wenigstens mehreren Hundert Euro bis teilweise über 1000 Euro sollten keine voreiligen Entscheidungen getroffen werden. Die folgenden Seiten bieten daher eine Übersicht über die Grundlagen und zeigen exemplarische Konfigurationen für vollständige Kühlkreise.

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