Stimmt, das fällt alles in den Bereich der Thermodynamik.
Aktuelle Kühler setzen sehr stark auf Lamellen, welche möglichst dünnwandig sind und eine große Oberfläche für maximale Wärmeabgabe an das umgebende Medium (meistens Luft) haben. Diese Wärmeabgabe wird durch die Materialwahl, die Temperatur des umgebenden Mediums und dessen Geschwindigkeit, mit der es an den Lamellen vorbei strömt, beeinflusst.
Zur Materialwahl:
Entscheidend sind hier Größen wie die Wärmeleitfähigkeit und Wärmeübergangskoeffizienten.
Ein paar Beispiele für die Wärmeleitfähigkeit:
- Kupfer 399 W/m*K (teuer, aber oftmals eingesetzt)
- Gold 316 W/m*K (leider viel zu teuer, daher ganz selten als Kühler)
- Aluminium 220 W/m*K (günstig, daher sehr häufig eingesetzt)
- Stahl 45 W/m*K (zeigt den Unterschied zwischen Aluminium- und Stahlgehäusen)
- Luft 0,026 W/m*K (eigentlich ein schlechtes Medium zum Abtransport von Wärme)
- Wasser 0,598 W/m*K (schon viel effizienter als Luft, was der Vorteil der Wasserkühlungen ist)
Zur Temperatur des Mediums:
Je größer die Temperaturdifferenz zwischen Kühlkörper und umgebenden Medium ist, desto schneller findet der Wärmeabtransport statt. Daher bietet es sich an, einem Gehäuse Frischluft (hier als kühle Luft zu verstehen) zuzuführen. Denn meistens ist die Temperatur im Raum geringer als die im PC während des Betriebs. Würde man diesen komplett abschotten, so würde er zwangsläufig überhitzen, da es zu einem Wärmestau käme. Auch bei schlechter Be- und Entlüftung kommt es zu einer stark ansteigenden Temperatur im Gehäuse, was für die Wirkung der Kühlkörper von Nachteil ist.
Zum Luftstrom, bzw. der Geschwindigkeit:
Je schneller das umgebende Medium an dem Kühlkörper vorbei strömt, desto besser die Wärmeabgabe. Daher bewirkt ein Lüfter bei hohen Drehzahlen, also hohem Luftstrom, eine bessere Kühlwirkung als bei niedrigen Drehzahlen. Das ist allerdings meist mit Lärm verbunden, weswegen man die Drehzahl so gering wie möglich halten will. Der Luftstrom selbst kann allerdings auch "Lärm" erzeugen, weil bei ansteigender Geschwindigkeit auch dessen Reibung an Oberflächen quadratisch ansteigt. Ab einem gewissen Punkt ist das dann akustisch wahrnehmbar, außerdem erzeugt zu große Reibung auch wieder Hitze, allerdings sind diese beiden Effekte eher bei Windkanälen als in PCs von Bedeutung.
Bei PCs versucht man, hochdrehende Lüfter durch langsamer drehende, von Abmessungen her größere Lüfter zu ersetzen, welche das selbe Fördervolumen besitzen.
Wichtig für eine effiziente Kühlung im Gehäuse sind also:
Zum einen das Gehäuse selbst, da Aluminium viel besser kühlt als Stahl, somit die Innentemperatur näher an der Raumtemperatur liegt. Wenn man das Gehäuse mit Dämmmatten auslegt wird dieser Wärmeübergang deutlich reduziert, da diese Schaumstoffverbindungen eine ganz schlechte Wärmeleitfähigkeit haben.
Das Fördervolumen der Lüfter, egal, ob durch viele kleine oder wenige große erzeugt. Wichtig ist nur, dass die Lautstärke erträglich bleibt, weshalb sich wenige große anbieten. Natürlich gibt es bei verschiedenen Arten von Lüftern gravierende Unterschiede in Bezug auf Fördervolumen und Lautstärke. Optimal sind regulierbare, welche entweder automatisch oder manuell den Bedürfnissen angepasst werden. Wichtig ist auch: Die Menge an Luft, die in den PC hinein geht, muss auch wieder abgeführt werden, um einem Wärmestau vorzubeugen.
Die Platzierung der Lüfter in Bezug auf die Kühllamellen im Rechner. Nur bei parallelem Luftstrom kann dieser optimal die Wärme aufnehmen, wichtig dabei ist auch die Distanz vom Lüfter, da der Luftstrom mit zunehmendem Abstand schnell an Geschwindigkeit verliert, somit auch an Kühlwirkung verliert. Daher sind gerade in Bezug auf heiße Grafikkarten entsprechende Seiten- oder Slotlüfter ratsam.
Für die meisten High-End Systeme reicht also folgende Konstruktion:
- ein 120mm Lüfter in der Front, am besten direkt bei den Festplatten, welcher Frischluft hineinführt
- ein 120mm Lüfter in der Seite, welcher Grafikkarten oder Mainboard und CPU mit Frischluft versorgt
- ein 120mm Lüfter im Heck oder Dach, welcher erwärmte Luft abführt, dabei auch den Luftstrom entlang des CPU Kühlers verstärken kann
- im Netzteil ein Lüfter, welcher erwärmte Luft abführt und dabei das Netzteil kühlt
Ein letzter Punkt ist die Platzierung des PCs im Raum. Je näher der PC an einer Heizung, oder im Sommer direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist, desto eher wird er sich aufheizen. Natürlich ist es auch hilfreich, die Raumtemperatur an sich so gering wie möglich zu halten.
Also ein Luftkreislauf. Ähnlich wie bei Wakü
).
