Projekt: Peltier-Selbstversuch

[AndrewPoison]

Okay, mein Entschluss steht fest: ich möchte, nur mal probehalber, meine CPU-Kühlung durch ein Peltier-Element ersetzen. Nicht das es notwendig wäre (CPU-Temp liegt zwischen 32-48°C), aber wie gesagt: es geht primär um das Testen des Kühlprinzips mittels Peltierelementen.

Es gilt dabei, einen X2 3800+ (So939) kühl zu halten. Dieser läuft bei mir derzeit auf Standardtakt und einer Voltage von 1.185 bis maximal 1.2 Volt. Wärend des Testens werde ich den Takt wohl noch auf 1 GHz zurückschrauben und die Spannung weiter senken, um erstmal überhaupt zu sehen ob es was bringt ohne es mir gleich mit der CPU durch Hitzetod zu verscherzen.

Als (recht billiges) Peltier-Element habe ich mir das TEC1-12708 (Artikelnummer bei Conrad: 193623 - 62) entschieden. Es ist mit 5 x 5 cm groß genug um die CPU vollständig zu bedecken, evtl. nehme ich noch eine Version mit 4 x 4 cm, da der Headspreader ja noch ein wenig kleiner ist (glaube 3.5 x 3.5). Das Peltierelement besitzt eine Maximalspannung von 15.4 Volt, und eine optimale Spannung von 12 Volt, welche sich ja problemlos durch ein PC-Netzteil realisieren lassen würde. Der Verbrauch von über 8 Ampere wird meinem kleinem Barebone-Netzteil zwar zu schaffen machen, aber da ich es ja eh nur mit 12 V betreibe sollte auch der Stromfluss etwas günstiger für das System ausfallen. Das PE kann eine maximale Temperaturdifferenz von etwas über 60 K liefern. Damit die kühle Seite also auf z.B. 10°C abgesenkt werden soll, darf die erhitzende Seite maximal 70°C erreichen. Angesichts einer Wärmeverlustleistung von immerhin 80 Watt muss wohl schon ein etwas größerer Passivkühler aufgesetzt werden. Allerdings gilt das ja alles nur bei Maximalspannung, wodurch sich hier wieder einiges ändern würde.

Bisher habe ich eigentlich nur eine Frage: ist es sinnvoll, die sich erkaltende Seite mit WLP mit der CPU zu verbinden? Theoretisch müsste es ja auch ohne gehen, da es schließlich ein aktives Element ist und somit der Hitzeentwicklung der CPU schon direkt entgegenwirkt - allerdings wäre es mir mit WLP natürlich wohler, allerdings weis ich nicht inwieweit die Oberfläche des PE auf die WLP reagiert.

Hat da jemand schon mal etwas in die Richtung gebastelt?

Ich möchte nur nochmal anmerken: es geht hier erstmal nicht um das Entwickeln einer endgültigen Kühllösung, nur um den Versuch und von daher eigentlich nur um den Spaß an der Sache

Sollte sich natürlich was brauchbares entwickeln, werde ich das gerne hier genauer erklären


14.08.2007 - 15:50 - UPDATE 1

Also, die Hardware kam vor etwas mehr als einer Stunde an - und wurde erfolgreich verbaut

Die aktuelle Temperatur-Bilanz sieht folgendermaßen aus:


Bilder vom Einbau gibt es auch:

1. Bild: so sah das System vorher aus, Laufwerke sind natürlich raus damit man was sieht
2. Bild: die Heatpipe-Kühlung wurde entfernt, die CPU gereinigt und erneut eingesetzt.
3. Bild: nochmal ein Blick auf die CPU, eigentlich gedacht als "Abschiedsfoto", für den Fall, dass das mit dem Peltier nicht so ganz klappt
4. Bild: das Peltier-Element wurde aufgesetzt. Es wurde keine Wärmeleitpaste zwischen CPU und PE verwendet. Weiteres dazu unten.
5. Bild: Heatpipe-Kühler wieder obendrauf gesetzt, auch zwischen PE und Heatpipe-Baseplate gab es keine WLP.
6. Bild: ein Draht, der um das Case und die Baseplate gewickelt wurde - dieser wurde dann durch verdrehen an ein paar Stellen "angezogen". Jeder vernünftige Bastler würde mir für diese Konstruktion eine Ohrfeige verpassen, aber dummerweise waren keine anderen brauchbaren Materialen im Haus . Gehalten hats aber wunderbar, und auch der Druck scheint vorerst zu reichen.
7. Bild: das Peltier-Element verbunden mit der 12V-Schiene des Barebone-Netzteils.
8. Bild: alles nochmal von aussen. So sitze ich grad hier und schreibe

Also.. warum hab ich keine WLP verwendet? Nun, wie man sieht, ist der Aufbau ja ein wenig wackelig (die Konstruktion basiert ausschließ auf Anpressdruck des Kabels und dem "Ausgleichgewicht": der Kühler der Heatpipe). Dummerweise konnte ich meine Silikon-WLP nirgends finden, nur einen winzigen Rest an Silber-WLP. Und elektrisch leitende WLP wollte ich bei diesem Test keinesfalls anwenden.

Der Versuch unter Last wurde abgebrochen, da die Temperatur recht schnell auf 60°C gestiegen ist (Dual-Prime95). Dies ist vermutlich auf die nicht verwendete WLP als auch den wohl noch unter Last zu geringen Anpressdruck der Konstruktion zurückzuführen.

Nette Information am Rande: mein Barebone verbraucht idle in der Regel um die 140W (mit Monitor). Nach dem Einbau des PE sind es 203. Macht einen Mehrverbrauch von 63 Watt (oder 45%), bei 12 Volt (15,4 V wären mit diesem PE maximal möglich!). Zu beachten ist ausserdem, das beim Messen mit dem PE weder das DVD-ROM noch das Disketten-Laufwerk angeschlossen war. Der Verbrauch wäre also theoretisch nochmals minimal höher.

Vorzeitiges Fazit: da ich bisher nur die Idle-Temps richtig messen konnte, muss sich mein vorläufiges Fazit dahingehend schonmal beschränken. Die Temps sind niedriger bei gleicher RPM, bei maximaler RPM war die CPU-Temp im Idle gar nur 2°C von der Zimmertemperatur entfernt. Auch die System-Temperaturen verringerten sich - und entgegen aller Erwartungen blieb auch die Oberflächentemperatur der Heatpipe-Baseplate stabil oder sank sogar recht deutlich. Gegen ne Wakü kommts wohl noch nicht richtig an Aber der Stromverbrauch einer Wakü wird wohl ähnlich sein (Pumpe, aktive Radiatoren etc.), wichtig wären jetzt die Load-Temps bei geringen (=lautlosen) Drehzahlen, natürlich mit WLP und ner ordentlichen Konstruktion

28.08.2007 - 14:30 - UPDATE 2

So, nach 2 Wochen kam mir nun endlich ein wenig WLP und vorallem eine neue Kühlerkonstruktion zwischen die Finger. Leider gibts davon nicht allzu viele Bilder, da die Cam nicht so wollte wie ich.

Zum Einsatz kam diesmal ein ausrangierter Arctic Cooling, der 2001-2003 meinen Athlon XP kühlte. Das Peltier wurde mit WLP hauchdünn bestrichen, auf dem Kühlkörper gepresst und dann mittels Sekundenkleber am Rand fixiert. Dieser hält bombenfest, lässt sich mit einem Cuttermesser aber auch praktisch mit einem Zug wieder Rückstandslos entfernen. Nachdem diese Verbindung also getrocknet war, kam auf die andere Seite des Peltier-Elements ebenfalls WLP und wurde auf die CPU gepresst.



Nach dem Testen der Temperaturen ergab sich folgendes:


Da ja nun mit einem anderen (ungeregelten) Lüfter gearbeitet wurde, viel eine Spalte schonmal raus (die hintere, deswegen so grau in grau). Stattdessen sieht man nun den direkten Vergleich der Standard-Kühlung des Barebones mittels Heatpipe gegen den neuen Kühler samt PE. Beachtenswert ist nun hierbei, das sich die CPU um 17°C gegenüber der Standardkühlung im Idle gesenkt hat, und dabei sogar die leicht gestiegene Zimmertemperatur unterboten hat - dies gelang mir beim letzten Versuch noch nicht. Im Last-Verhalten hat sich leider auch nicht allzu viel getan. Zwar preschte die CPU nicht wie beim letzten Mal mit großen Schritten über die 60°C-Marke, sodass ein Abbruch nötig war, allerdings näherte sich die CPU etwa alle 10-20 Sekunden Grad für Grad auch dieser Marke, und durchbrach sie wenig später auch. Da sich die Temperaturzunahme diesmal wie beschrieben recht gering hielt, beschloss ich den Test trotzdem weiterlaufen zu lassen. Bei etwa 70°C war keine Temperaturzunahme mehr zu beobachten. Trotzdem zu viel.

Grund für diese hohe Temperaturzunahme (23 -> 70: 47°C zunahme) liegt in den physikalischen Gegebenheiten des Peltier-Elements selbst. Es erzeugt ja lediglich eine Temperaturdifferenz von (mit diesem Modell) bis zu 60°C. Solange man die heiße Seite kühlt, wird die kalte also immer kälter. In dem Moment, als die CPU mittels zweier Prime95-Instanzen zum Schwitzen gebracht wurde, stieg ihre Temperatur stark an. Der Effekt wirkte nun quasi "rückwärts", sprich, die heiße Seite wurde noch heißer.
Mit herkömmlichen und vor allem leisen Methoden konnte ich dies im Barebone nicht verhindern. Hierfür wäre ein viel größerer Kühlkörper nötig gewesen.

Das Fazit sieht für mich dennoch nicht soooo schlecht aus: denn wie oft kommt es denn vor, das man ein System über längere Zeiträume auf beiden Kernen zu 100% unnatürlichen Belastungen aussetzt? Ein Einsatzzweck wären vielleicht Homeserver/Router oder auch ein Car-PC. Selbst für manchen HTPC mag sich diese Kühllösung eignen. Ich habe in allen Messungen das Peltier-Element mit 5V betrieben. 12V wäre seine Idealspannung und bis zu 15V würde es vertragen. Je höher die angesetzte Spannung, desto höher kann die erreichbare Temperaturdifferenz liegen - allerdings wird das Element dann auch um so heißer. Ich entschied mich deshalb, mit 5V zu arbeiten, da diese sich noch brauchbar kühlen ließen und trotzdem Temperaturen nahe 0°C (ohne Belastung) liefern konnten. Mit 12V liegt der Verbrauch des Peltier-Elements bei 63 Watt - unnütz für jegliche längere Verwendung. Bei 5V hingegen betrug der Verbrauch nur noch rund 10 Watt. Und genau deshalb empfehle ich diese Lösung auch an den oben genannten Punkten. 10 Watt mögen für einen Homeserver oder Router zwar noch etwas viel sein für 24/7 (entspricht etwa 16-18€ Mehrkosten pro Jahr) doch dafür kann man das Gerät mehr in Richtung Silent betreiben, ohne Angst haben zu müssen, das er im Hochsommer direkt abraucht. Oder man stellt ihn gleich in den Keller wo's sowieso kalt ist und er niemanden stört

Just my 2 cents.

 

[y33H@]

Vorneweg, mit dem Peltier hast du wohl eine größere Hitzequelle als den X² 3800
Du musst da schon nen anständigen Kühler draufpacken und WLP würde ich auch nehmen.
Kenne mich damit aber nicht wirklich gut aus, finde es jedoch interessant.

cYa

 

[AndrewPoison]

Jo das PE wird vmtl. wärmer als der X2 - aber auf der anderen Seite (wortwörtlich, hehe) wirds ja umso kühler. Das die Case-Temp steigt ist wohl unvermeidlich, aber die CPU-Temp müsste ja sinken

 

[y33H@]

Aber mit was willst du die Hitze des Peltiers abführen?
Die oben genannten 80 Watt sind klar mehr, als der X² prodizuiert - ist ja aber nur n Test

cYa

 

[Sprudeldudel]

Was soll denn das ganze Test-Gerede? Das haben doch schon tausend Leute gemacht und das Ergebnis ist, dass es eigentlich keinen Sinn macht.

Mal ganz zu schweigen von den Stromkosten...

 

[steve127]

hm, wie willst du das element denn steuern? die leistung müsste sich ja nach der last richten, bei zu tiefen temps ist da doch immer das kondenswasser ein problem.
die wärmeleitpaste dient doch zum ausgleich von unebenheiten der kontaktflächen, die würde ich also auf alle fälle verwenden.

 

[AndrewPoison]

@Sprudeldudel: im Threadtitel steht es doch: Selbstversuch Lesen kann man viel, ich wills aber mal selbst probieren.

@steve: ich geh davon aus, dass das Billig-PE nicht so frostig kalt wird, das Kondenswasser etc. Probleme bereiten könnte. Ich geh eher davon aus, das ich recht intensiv oben kühlen muss, bevor das Ding auf der anderen Seite Temperaturen erreicht, die kritisch werden könnten. Ne Regelung würd ich erstmal draussen lassen - das kammer später noch mit nem Poti nachholen.

 

[fi.sh]

Bin vor einigen Tagen auch an ein Peltier-Element mit einer Nennspannung von 12 V gekommen. Liebäugel seitdem auch damit, das Element einfach mal probehalber zu verbauen. Zu testen an einem 3200+ und einem X2 3800+. Freue mich auf deine Ergebnisse, bei mir wirds wohl noch dauern, bis mich der Bastelwahn packt ^^

 

[AndrewPoison]

Morgen wird bestellt, müsste dann spätestens am Mittwoch hier sein. Wenn dann grad nichts großes ansteht werd ich mal damit hantieren. Jetzt wo man grad so schön Freizeit hat

 

[Sugave7]

Ich glaube du wirst Probleme bekommen beim Aufsetzen des Passiv-Kühlers, da das Peltier-Element nicht so krass stabil ist wie ein CPU. Deshalb musst du dir noch überlegen wie du den Kühler schön grad draufmontiers. Was ne möglichkeit wäre mit Heatpipes die Wärme vom Peltier-Element zu nehmen... Aber die müssten auch suaber draufliegen, aber sind nicht so schwer (wenn du sie irgendwo noch befestigst ^^)

 

[rumsi]

es ist doch aber nicht zwingend notwendig das peltier auf die cpu direkt aufzusetzen?

ich wuerde die kalte seite auf eine externe kupferplatte kleben, bzw auf einen externen cpu-wasserkühler.

extern bedeutet in diesem fall ausserhalb des gehaeuses.

auf die warme/heiße seite wuerde ich einen ausreichend dimensionierten Passivkühlkörper kleben.

dann das durch den kühler laufende wasser in das gehaeuse führen und dort durch einen zweiten cpu-kühler auf der cpu

die kältewirkung sollte ausreichen das an der cpu noch genuegend kaltes wasser ankommt.

zudem solltest du aufpassen, ab ca 20 grad temperaturunterschied bildet sich kondenswasser.
dh ist die raumluft 20 grad wärmer als deine cpu bzw deine komponenten kann es passieren das nicht nur die luft an den schlaeuchen kondensiert und sich wasser bildet, sondern auch am cpu-kühler auf der cpu.

schlaeuche solltest du auf jeden fall welche kaufen, die bei niedrigen temperaturen nicht spröde bzw hart werden.

aber ich weiss ja nicht wie weit du kuehlen willst. sind nur tipps am rande.
ne gute seite zu informationen und projekten der art ist www.kaltmacher.de

das ist wohl eines der krassesten beispiele fuer peltierkuehlung http://www.kaltmacher.de/topic26568.html

 

[AndrewPoison]

Also mit Wasser wollte ich nun nicht hantieren, zumindest nicht in Verbindung mit dem PE. Vlt. später mal

Die Grundfunktionen werde ich sowieso nicht zu Beginn mit der CPU testen, sondern unter sicheren Bedingungen. Wenn da alles zufriedenstellend läuft, keine all zu Besorgniserregende Dinge auftreten, dann wirds erstmal provisorisch mittels WLP auf die CPU "geklebt" und dann noch an die CPU gepresst. Wird schon irgendwie funktionieren, ganz dumm bin ich ja auch nicht und werde die eine oder andere Gefahrenquelle schon erkennen hoffentlich.

 

[AndrewPoison]

Man möge mir diesen Doppelpost verzeihen, aber es scheint zumindest einen Interessenten an diesem Thema zu geben - und ohne neuen Post würde er, falls er ein Abonnement des Threads hat, keine Benachrichtigung über die Aktualisierung erhalten, welche soeben stattgefunden hat. Siehe dazu den ersten Beitrag.

Ich werd jetzt erstmal das System in den Ausgangszustand bringen, um für die Nacht ein Zockertaugliches System zu haben. Bin also in etwa 20 Minuten wieder online, um mich eventuellen Fragen zu stellen.

 

[Sugave7]

Deine Konstruktion für die Heatpipe ist ja der oberhammer

Wirst du dir mal WPL besorgen und dass dann noch einbisschen fester montieren? Was ist überhaupt der Grund das du den nicht fest machst? liegst dran dass sonst das peltier-element kaputt geht wenn du zu fest drauf drückst?

Willst du mal versuchen statt nen Heatpipe kühler ne Wakü oben drauf zu setzen? das wäre sicher noch interesant.

 

[AndrewPoison]

Auf alle Fälle wird noch ein Test mit WLP erfolgen.

Anziehen (also Schrauben) konnte ich den Heatpipe-Kühler nicht, da die Federn - selbst maximal zusammengedrückt - verhinderten dass das Gewinde sich festschrauben ließ (es erreichte nicht mehr den Boden). Zudem wär der Druck dann schon gigantisch gewesen. Das Peltier-Element hätte das vermutlich verkraftet, eher um die CPU machte ich mir sorgen

Da ich keine Wakü besitze, kann ich leider keine zum testen verwenden.

Ob der nächste Testlauf schon morgen stattfindet bezweifel ich indess, da ich ja wie gesagt erst noch ein paar Beschaffungen machen müsste. Eventuell versuch ich auch noch nen anderen Kühler zu erhalten, den man gleich besser Montieren kann. Oder ich bekomm die Schrauben aus dem Heatpipe-Kühler, nehm die Federn raus und probier es ohne. Dann wäre zumindest die Baseplate fest justiert, ich müsste sie nur noch von oben beschweren.

 

[AndrewPoison]

Auch diesen Doppelpost möge man mir verzeihen - aber nach 2 Wochen gab es nun den vorläufig letzten Test. Diesmal mit WLP und besserer Kühlkonstruktion. Ergebnisse stehen im ersten Post.