Controlling 21

Dr. J. Schuhmacher

vg

Wasserkühlung am PC

Wakü - die Wasserkühlung, wassergekühlter PC

High-End-PC mit Wasserkühlung für Grafik-, Bild-, Video-, Foto-Bearbeitung oder auch Spiele-PC - ein absoluter Hochleistungs-Computer - Vorteile, Nachteile, Preise, Pflege

Zielgruppe einer Wasserkühlung am PC

Dieser Artikel wendet sich an Anwender mit besonders hohen bis extrem hohen Anforderungen an einen Hochleistungs-Computer:

Um es klar zu sagen: Nur für das Verfassen und Drucken von Texten oder zum Surfen im Internet wären die folgenden Überlegungen zu abgehoben - und der Aufwand sowie die Preise zu hoch. Dafür reicht ein Normal-PC.

Für Einsteiger und Laien, die bisher keine Erfahrung mit dem Thema Wasserkühlung besitzen, welche viele Menschen als angebliche Geheimwissenschaft darstellen, erkläre ich alles einfach und verständlich. Im Laufe des Artikels werden wir viele Legenden entzaubern und Mythen zurechtrücken. Am Ende des Artikels haben Sie nicht nur vieles rund um die sogenannte Wakü gelernt, sondern können definitiv für sich selbst und Ihren PC die für Sie persönlich richtige Entscheidung treffen und Lösung finden.

Wir besprechen alles über Kompaktwasserkühlungen (AIO) und modulare PC-Wasserkühlungen - mit allen Einzelkomponenten.

Als Wissenschaftler habe ich alle Dinge mit Quellen belegt verlinkt - für diejenigen, welche weitere Detailinformationen und Hintergründe wünschen. Aber für das Grundverständnis der Wasserkühlung am PC wird Ihnen alles Relevante hier im Text geboten.

Ein Inhaltsverzeichnis mit direkten Sprungmarken und Überblick über alles zu Wasserkühlung am PC finden Sie als Pop-Up.

Wärme als Problem

Warum und wo wurde Wärme zum Problem?

Elektronen

Fazit: Man versucht somit durch Kühlung die maximale Leistung des Prozessors auf Dauer zu erhalten und gleichzeitig die Lebensdauer des Chips zu verlängern.

Luft als schlechter Wärmeleiter

Bitte nehmen Sie diese Werte nicht allzu genau. Sie hängen im Detail von so vielen anderen Rahmenbedingungen ab, dass sie hier bei Luft und unten bei Wasser nur als ein Beispiel dienen. Im Labor und in der Praxis weichen sie oft ab.

Wasser als wesentlich besserer Wärmeleiter

Folgen

Physikalische Begriffsklärung

Bitte behalten Sie das soeben Gelernte im Hinterkopf. Denn es ist für das Prinzip der sogenannten geschlossenen Wasserkühlung - des Wasserkreislaufes am PC - wichtig.

Historie

Eine kurze Geschichte der Wasserkühlung bei Computern.

Bei der Wasserkühlung gab es immer und gibt es noch heute zwei Gruppen:

  1. Diejenigen, welche mittels Wasser-Kühlung einen schnelleren PC wollten.
  2. Diejenigen, welche mittels Wasser-Kühlung einen leiseren PC wollten.

Beide Gruppen verwenden unterschiedliche Ansätze und andere Methoden. Deshalb muss man beide auseinanderhalten und sich bei jedem Artikel respektive Video immer fragen, welcher Fraktion gehört der Autor an. Das Ergebnis kann sich in fast allen Punkten unterscheiden. Selbstverständlich gibt es - zwischen diesen extremen Polen - auch das Spektrum dazwischen: Anwender, die einen leisen und schnelleren PC wünschen.

Generelle Vor- und Nachteile einer Wasserkühlung am PC

Bevor nun die Euphorie jegliche Bodenhaftung verliert und sich alle Anwender fragen, warum man dann nicht schon immer und in jedem PC grundsätzlich eine Wasserkühlung verwendet (hat), hier die generellen Vor- und Nachteile. Zu den Details gehe ich bei den einzelnen Varianten später ein.

Vorteile einer Wasserkühlung im PC

Das war es leider schon.

Nachteile einer Wasserkühlung im PC

Aufbau und Funktionsweise einer Wasserkühlung

Grafik Wasserkühlung

Varianten der Wasserkühlung

Wieso Varianten? Es kommt darauf an, was man mit Wasser kühlen will.

  1. Nur die CPU - den Hauptprozessor. Das ist heute der Standardfall und inzwischen relativ einfach.
  2. Weitere PC-Komponenten - vor allem die Grafikkarte. Das ist deutlich schwieriger, aufwändiger und teurer.

Gleichgültig, was Sie wie kühlen wollen, lesen Sie bitte dennoch chronologisch weiter, da ich im ersten Groß-Kapitel zahlreiche Details erkläre, die auch im zweiten für das Grundverständnis wichtig werden.

1. CPU - der Hauptprozessor

Aber früher war dies Insider-Wissen von kühnen Technikern, die viel und lange selbst bastelten - also das Gegenteil von anwenderfreundlich für den Hausgebrauch durch Laien.

AIO für die CPU

Bauformen der AIO-/ Kompaktwasserkühlungen

Generell muss man zuerst einmal die Breite unterscheiden: 120 mm Breite für 120 mm Lüfter und 140 mm Breite für 140 mm Lüfter.

Dann finden sich zu diesen zwei Breiten meist drei bis vier große Bauformen und Namen, welche die Länge des Radiators bezeichnen:

Vorteile dieser AIO-Lösungen / Kompaktwasserkühlungen

Nachteile und Risiken dieser AIO-Lösungen / Kompaktwasserkühlungen

Die folgende ständig aktualisierte Rangliste bei AIO-240er-Modulen kann Ihnen als erster Einstieg dienen. Sofern der PC in Ihrer Nähe aufgestellt wird, würde ich persönlich immer das leiseste Modell unter den besten auswählen - und sofern möglich, die Variante mit den nochmals leiseren 14 cm-Lüftern - sofern jene oben in das PC-Gehäuse passen. Meine Ohren wären mir die paar Euro mehr wert.

Nicht nur ich bin der Meinung, dass man mit den Versionen ARCTIC Liquid Freezer II in den meisten Fällen nichts falsch macht.

Empfehlungen und Fazit AIO

2. Mehrere PC-Bausteine sollen mit Wasser gekühlt werden

Vorab:

Wer mehr will als das Fertigprodukt AIO:

Vorteile einer modularen Wasserkühlung

Nachteile und Risiken einer modularen Wasserkühlung

Schematischer Aufbau einer Wasserkühlung

Anhand dieser Zeichnung versuche ich schematisch aufzuzeigen, was zu einer Wasserkühlung alles gehört und wie sie funktioniert.

Grafik Wasserkühlung

Sie benötigen wirklich jedes hier aufgeführte Teil.

Einzelteile einer modularen Wasserkühlung, Tipps, Tricks, Empfehlungen

Physik

Ausgestattet mit einem Physikstudium und ziemlich viel Bastelerfahrung erlaube ich mir einige Hinweise zu geben, die evtl. den Meinungen zahlreicher Anwender widersprechen und Sie erstaunen werden.

Tests:

Restwärme:

CPU-Kühler / modulare Wasserkühlung für die CPU

Los geht es mit dem ersten zu kühlenden Bauteil unserer modularen Wasserkühlung:

Grafikkarte / modulare Wasserkühlung für die GPU

Keine Angst. Zum Umbau einer Grafikkarte benötigt man keine Kenntnisse der Raketenwissenschaft. Das kann man lernen. Aber man benötigt Zeit, Ruhe und Geduld dazu.

Wer es sich dennoch nicht zutraut, der kann sich das auch offiziell machen lassen. Selbst manche Hersteller von Grafikkarten bieten hochwertige (=teure) Karten als wassergekühlte Version an. Allerdings für einen entsprechenden Aufpreis (das sind ganz schnell 400-500 Euro). Aber dafür ist es dann eine Grafikkarte mit offizieller Garantie und Gewährleistung - und ohne die Nervenbelastung beim Basteln.

Bewertung der wassergekühlten Grafikkarte:

Historische Beweise für die Wasserkühlung

Aber alle Wakü-Experten erzählen doch mit vielen seit Jahren gültigen Belegen, dass es anders sei:

Relativierung der Messergebnisse für Anwender:

SSD, m.2-SSD, RAM, Motherboard, HDD etc. mit Wasser kühlen

Fehlerhäufigkeit bei Kühlblöcken

Radiatoren

Axial-Lüfter

Push, Pull oder Push-Pull:

Shrouds

Wasserpumpe

Leistungsfähigkeit der Pumpe und Durchfluss-Menge:

DDC oder D5:

Fazit:

Ausgleichsbehälter und Erstbefüllung

Name und Funktionen:

  1. Der Ausgleichsbehälter - auch als AGB abgekürzt oder Reservoir oder Wasserreservoir genannt - trägt seinen Namen zu Recht: Er ermöglicht die temperaturbedingte Ausdehnung des Kühlwassers.
  2. Ferner stellt er eine komfortable Einfüllöffnung für die Kühlflüssigkeit zur Verfügung und dient somit zum Befüllen des Kühlsystems mit Kühlflüssigkeit.
  3. Letztendlich dient er zum Entlüften des ansonsten absolut dichten Kühlkreislaufes, da sich immer Luftbläschen darin befinden. Diese letzte (für den Dauerbetrieb wichtigste) Aufgabe erfüllt er dadurch, dass das Wasser dort in einem großen Volumen sich langsamer bewegen kann. Dadurch steigen Luftblasen nach oben auf und trennen sich vom Wasser. Luft kann somit auch dem Wasserkreislauf entweichen.

Erstbefüllung der Wasserkühlung:

Kombipack: Ausgleichsbehälter mit Pumpe darunter

Praxistipp: Bei neuen Gehäusen, welche unten die ganze Tiefe des Raumes mit einem zweiten Deckblech über dem Netzteil verdecken, kann man Pumpe und Ausgleichsbehälter (liegend) auch dort unten einbauen und verstecken. Zumindest ist dort meist viel Platz vorhanden, der sonst im PC oft fehlt.

Verrohrung: Schläuche, Rohre etc.

Alterung:

Wartung, Pflege, Fristen, Austauschzyklen:

Anschlüsse / Fittings

Kühlflüssigkeit

Extras

Test

Vor allem bei der ersten Befüllung, muss man alles sorgfältig testen.

Entlüftung

Bauplan

Zwei Radiatoren für zwei Kühlkörper in Reihe

Zwei Radiatoren für zwei Kühlkörper in Reihe: Je ein Radiator trennt die zwei heißen Kühlkörper CPU (Hauptprozessor) und GPU (Grafikkarte).

Luxusvariante mit Schönheitsbonus

Zwei komplett getrennte Kühlkreisläufe

Zwei komplett getrennte Kühlkreisläufe: Je ein komplettes Kühlsystem für den heißen Kühlkörper der CPU (Hauptprozessor) und eines für die GPU (Grafikkarte).

Spezielles PC-Gehäuse für die Wasserkühlung

Vorher nachzudenken hilft auch beim PC-Gehäuse für eine Wasserkühlung.

Auch, wenn fast alle einen Frontwasser-Radiator so einbauen, dass die Ventilatoren die kalte Luft von außen anziehen und die warme Abluft nach innen in den PC hineinblasen, halte ich dies für thermisch ungünstig.

Ansonsten hilft bei einem zu kleinen PC-Gehäuse oft nur noch die Auslagerung des Radiators und Betrieb desselben außerhalb des PC-Gehäuses.

Externe Wasserkühlsysteme

Effizienz-Angelegenheiten

Welche Maßnahmen haben nun wirklich welchen Kühlungseinfluss?

Ketzerisch will ich die Wasserkühlung am PC einmal mit einem Pkw im Stadtverkehr vergleichen. Ohne Kühlung gehen Sie zu Fuß. Aber nun nachträglich am Pkw noch jedes Detail wie die PS-Zahl von 100 auf 400 zu erhöhen oder die Reifenbreite zu vergrößern etc., spielt unter den gegebenen Rahmenbedingungen kaum mehr eine bedeutende Rolle.

Somit möchte ich Ihnen zum Abschluss etwas die Angst nehmen. Alle heute erhältlichen Bauteile sind gut bis sehr gut. Man kann da nichts falsch machen. Alles passt und wird funktionieren. Es handelt sich heute um Bastelarbeit auf der Ebene der reinen Mechanik. Unten habe ich Ihnen auch wirklich verständliche und detaillierte Bauanleitungen verlinkt.

Weitergehende Mittel

Das bisher Besprochene gilt in Insiderkreisen als einfache Lösung.

Kühlschränke

Öle

Eine in der Industrie bekannte Kühlmethode ist das Versenken des gesamten PCs in nichtleitende Kühlmittel - vor allem Öle - Wikipedia.de. Man nennt dieses Verfahren deshalb auch Immersionskühlung oder Tauchkühlung:

  1. Erstens sind derartige Öle meist teuer - vor allem in der erforderlichen Menge.
  2. Zweitens ist es sehr aufwändig. Man muss unter anderem die gesamte Verkabelung nach draußen führen.
  3. Drittens hat man so keinen direkten Zugriff mehr auf Komponenten im PC. D.h. einen Blu-ray-Brenner etc. muss man extern betreiben.
  4. Viertens wird es bei einer Reparatur oder dem Austausch einzelner Teile sehr aufwendig und teuer.
  5. Letztendlich ist das eine riesige Sauerei, da Sie die verölten Einzelteile in der Praxis nie wieder ganz ölfrei bekommen.

Für normale Anwender ist das nicht praktikabel.

Extreme Kühlmethoden

Für richtige Overclocker ist das hier Besprochene natürlich alles Pillepalle.

Gesamtbewertung Wasserkühlung

Dank und Beratung

Literatur / Quellen / Videos

Textquellen zu Wasserkühlungen

Videos / Anleitungen / Erklärungen zu Wasserkühlungen und deren Einzelteilen

Grundsatzfragen / Leistungstests im Vergleich Wasserkühlung zur Luftkühlung:

Allgemeines zur Wasserkühlung:

Bauanleitungen und Hilfen für Wasserkühlungen

Grafikkarten-Umbau für die Wasserkühlung

Händler und Hersteller für Wasserkühlungen

Hier einige Händler und Hersteller - ohne jegliche (Be-)Wertung:

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