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Erkenntnisse für den allgemeinen Einsatz II

Gut zu wissen

Material: Aluminium vs. Kupfer

Im Vergleich zu Aluminium gilt Kupfer - mit seiner fast doppelt so hohen Wärmeleitfähigkeit - als besseres Material für Kühlkörper. In unserem Vergleich zeigte sich aber, dass die Wahl des Materials keinen großen Unterschied macht. Die Höchsttemperatur (Peak) und die Ruhetemperatur (Idle) bleiben nahezu gleich, egal ob nun Kupfer oder Aluminium verwendet wird. Dies sieht man ganz gut bei den NorthQ-Kühlkörpern, die absolut Baugleich einmal als Aluminium-Modell und einmal als Kupfer-Modell angeboten werden. Doch trotz dieser ernüchternden Erkenntnis, gab es eine andere interessante Beobachtung. Der Temperaturwechsel vollzieht sich bei Kupfer mit einer anderen Geschwindigkeit, als bei Aluminium. Steigt die Temperatur bei Last an, dann steigt sie bei Kupfer langsamer an, als bei Aluminium, weil durch die höhere Wärmeleitfähigkeit die Kühleigenschaften schneller zum tragen kommen. Und sinkt die Temperatur sobald man die Last abstellt, dann sinkt sie bei Kupfer schneller, als bei Aluminium, weil erneut durch die höhere Wärmeleitfähigkeit die Kühleigenschaften schneller greifen. Effektiv kann man also sagen, dass Kupfer durchaus besser ist, als Aluminium, auch wenn dies im allgemeinen Betrieb wenig zum tragen kommt. Wahrscheinlich bieten klassische Chipsätze einfach nicht die erforderliche Hitze, um die Vorzüge von Kupfer darzulegen. Nichts desto trotz werden sie auch hier sichtbar, so dass bei heißeren Chipsätzen und Prozessoren, dringend der Einsatz von Kupfer angeraten ist. Dennoch erscheint es auch da absolut ausreichend, wenn sich dieser Einsatz auf den Sockel und die Heatpipes beschränkt.

Kühlfläche: Groß vs. Klein

Das die Kühlfläche möglichst groß sein muss, erscheint logisch. Denn je mehr Abstrahlfläche, desto stärker die Konvektion und desto schneller der Wärmeabtransport. Bei Kühlern die mit einem Lüfter ausgesattet sind und somit schon eine verstärkte Konvektion garantieren, wirkt sich die größere Oberfläche gleich nochmal so gut aus. Doch eine größere Abstrahlfläche schafft zwei neue Probleme. Das erste ist allein schon praktischer Natur. Zwischen Prozessor und Grafikkarte ist meist nicht sehr viel Platz. Je größer der Kühlkörper ist, desto wahrscheinlicher, dass er gar nicht an die gewünschte Stelle passt. Hinzu kommen noch Kondensatoren, Pins und andere Hindernisse, die sich einem großen Kühlkörper in den Weg stellen können. Somit erscheint ein größerer Kühlkörper zwar von der Kühlleistung sinnvoll, ist aber nur schwer praktikabel.

Das zweite Problem eines größeren Kühlkörpers ist die tatsächliche Effizienz. Hier muss eine Hürde überwunden werden, nämlich der Wärmetransport hin zu den entlegenen Stellen des Kühlkörpers. Dies geschieht typischerweise über den Wärmeausgleich. Dieser arbeitet durch einen Temperaturunterschied. Je größer dieser Unterschied, desto schneller der Transport. Das bedeutet, je kühler die Umgebung und je heißer der Chipsatz, desto besser die Effizienz des Kühlers. Betrachten wir uns nun als Beispiel zwei imaginäre Kühler.

Beispiel: Kühler A ist normal groß mit normal großer Abstrahlfläche und Kühler B ist doppelt so groß, mit doppelt so großer Abstrahlfläche. Kühler A arbeitet mit einer Effizienz von 100%. Die erste Hälfte des Kühler B arbeitet ebenfalls mit einer Effizienz von 100%, da für diese Hälfte die selben Merkmale gelten, wie für Kühler A. Die zweite Hälfte des Kühler B verfügt aber über einen geringfügig niedrigeren Temperatur-Unterschied von ihrer Temperatur-Quelle bis hin zu ihrer Abstrahlfläche. Weil die erste Hälfte des Kühler B schon seiner Arbeit nachgegangen ist und die Wärme an die Umgebung abführt. Aber auch deswegen, weil die erste Hälfte des Kühler B als Isolator zwischen der Wärmequelle und der zweiten Hälfte des Kühler B fungiert. Man kann also schlussfolgern, dass ein doppelt so großer Kühler, keineswegs doppelt so gut kühlt. Vielmehr bietet die zusätzliche Kühlgröße und Kühlfläche eine (wenn auch geringfügig) regressive Kühlleistung, die irgendwann sogar verpufft.

Für den Hersteller eines Kühlers bedeutet dies, dass eine Vergrößerung der Oberfläche nur bis zu einem gewissen Punkt Sinn macht, da die Effizienz der zusätzlichen Größe und Fläche zunehmend weniger effektiv genutzt werden kann. Aus diesem Grund wendet man sich lieber anderen Faktoren in der Kühltechnik zu. Dies sind idealerweise Hilfsmittel, die auf Faktoren einwirken, die dann sogar direkt proportianale Auswirkungen auf die Kühlleistung haben. Es gibt sogar ein besonderes Hilfsmittel in der Kühltechnik, dass gleichzeitig sogar zwei dieser Faktoren bedienen kann. Und zwar die Reduzierung der Distanz von Wärmequelle zur Kühlfläche und die Vergrößerung der Wärmequellen-Fläche. Da gleich beide Faktoren bedient werden, ist die Auswirkung dieses Hilfsmittels theoretisch sogar exponentiell. Die Rede ist von der sogenannten Heatpipe.