Регулировка охлаждения компьютерных систем

Реферат
 
Пояснительная записка кдипломному проекту: 18 рисунков, 20 таблиц, 24 источника, 3 листа чертежейформата А1.
Объект исследований: регулировка охлаждения компьютерных систем.
Предмет исследования: системы охлаждения компьютерных систем.
В первом разделе рассмотрены общие принципы охлаждения и работы различныхвидов и типов охлаждения компьютерных систем.
Во втором разделе уделяется особое внимание различных видов системохлаждения с точки зрения их усовершенствования, производится оптимальный выборсистемы охлаждения, по различным критериям.
В третьем разделе выполнено технико-экономическое обоснование объектаразработки, проведен технико-экономический анализ различных систем охлаждения.
В четвертом разделе проведены расчетыотопления, вентиляции, природного и искусственного освещения, полученныезначения сопоставлены с нормативными.
ВЕНТИЛЯТОР, ВОДЯНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ, ВОЗДУШНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ, КОМПЬЮТЕРНАЯСИСТЕМА, НИТРОГЕННОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ, ПАССИВНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ, ЭЛЕМЕНТ ПЕЛЬТЬЕ

Содержание
Переченьусловных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов
Введение
1. Охлаждениекомпьютерных систем
1.1 Принципыохлаждения (типы и виды)
1.2Охлаждение процессоров и видеокарт
1.3Охлаждение жесткого диска
1.4Охлаждение системного блока
2.Регулировка охлаждения компьютерных систем
2.1 Воздушноеохлаждение компьютерных систем
2.1.1Устройство вентилятора
2.1.2Характеристики вентиляторов
2.1.3Контроль и управление вентиляторами
2.2 Пассивноеохлаждение
2.3 Водяноеохлаждение компьютерных систем
2.4Охлаждение экономией
2.4.1Тепловая защита процессора
2.4.2Минимизация потребления энергии
2.4.3 УтилитаRMClock
2.4.4Авторазгон видеокарты
2.5Перспективы развития систем охлаждения
3.Технико-экономическое обоснование объекта исследования
3.1 Анализразличных видов охлаждения3.2 Расчет расходов на стадиипроектирования (разработки) КД нового изделия3.3 Расчет расходов настадии производства изделия
4. Охранатруда
4.1Требования к производственным помещениям
4.1.1 Окраскаи коэффициенты отражения
4.1.2Освещение
4.1.3Параметры микроклимата
4.1.4 Шум ивибрация
4.1.5Электромагнитное и ионизирующее излучения
4.2Эргономические требования к рабочему месту
4.3 Режимтруда
4.4 Расчетосвещенности
4.4.1 Расчетискусственного освещения
4.4.2 Расчет естественного освещенияпомещений
4.5 Расчет вентиляции
4.6 Расчет уровня шума
Выводы
Переченьссылок

Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов
АЦП –аналого-цифровой преобразователь
КМОП –комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник
МНК – методнаименьших квадратов
МПС –микропроцессорная система
ЦПУ –центральное процессорное устройство
ШИМ – широтноимпульсная модуляция

Введение
Тема дипломной работы – «Регулировка охлаждения компьютерных систем»,которая и будет являться предметом исследования.
Цель работы – исследовать регулировку охлаждения компьютерных систем иобласть применения.
Задачами исследования является выяснение и выбор наиболее эффективныхсредств охлаждения компьютерных систем.
Работа разбита на этапы:
1.        Исследованиепринципов охлаждения (типы и виды).
2.        Исследованиеновых прогрессивных систем охлаждения.
3.        Сравнениетехнико-экономических показателей различных видов охлаждения.
Актуальность данной темы очень велика, т.к. от работоспособностиохлаждающих свойств системы зависит в целом работоспособность всей компьютернойсистемы – ее продуктивность и долговечность.
Высокое быстродействие современных компьютеров имеет свою цену: онипотребляют огромную мощность, которая рассеивается в виде тепла. Основные частикомпьютера — центральный процессор, графический процессор — требуют собственныхсистем охлаждения; прошли те времена, когда эти микросхемы довольствовалисьмаленьким радиатором. Новый системный блок оборудуется несколькимивентиляторами: как минимум один в блоке питания, один охлаждает процессор, серьёзнаявидеокарта комплектуется своим вентилятором. Несколько вентиляторов установленыв корпусе компьютера, встречаются даже материнские платы с активным охлаждениеммикросхем чипсета. Некоторые современные жёсткие диски также разогреваются дозаметных температур.
Большинство компьютеров оборудуется охлаждением по принципу минимизациистоимости: устанавливается один, два шумных корпусных вентилятора, процессороборудуется штатной системой охлаждения. Охлаждение получается достаточным,дешёвым, но очень шумным.
Существует другой выход — сложные технические решения: жидкостное (обычноводяное) охлаждение, фреоновое охлаждение, специальный алюминиевый корпускомпьютера, который рассеивает тепло по всей своей поверхности (по сути,работает как радиатор). Для некоторых задач такие решения использоватьнеобходимо: например, для студии звукозаписи, где компьютер должен бытьполностью бесшумен. Для обычного домашнего и офисного применения такиеспециализированные системы чересчур дороги: их цены начинаются от сотнидолларов и выше. Подобные варианты на сегодня весьма экзотичны.

1. Охлаждение компьютерных систем
1.1 Принципы охлаждения (типы и виды)
Холодный воздух тяжелый, и поэтому спускается вниз, а горячий, напротив,легкий, и поэтому стремиться вверх. Это несложная теорема играет ключевую рольпри организации грамотного охлаждения. Поэтому воздуху нужно обеспечить входкак минимум в нижней передней части системного блока и выход в его верхнейзадней части. Причем совсем необязательно ставить вентилятор на вдув. Еслисистема не очень горячая, вполне достаточным будет простое отверстие в местевхода воздуха.
Рассчитаем необходимую мощность корпусной системы охлаждения. Длярасчетов используем такую формулу:
Q = 1,76*P/(Ti — To), (1.1)
где    P — полная тепловая мощность компьютерной системы;
Ti — температура воздуха внутри системного корпуса;
Тo — температура свежего воздуха, всасывающегося в системный блок изокружающей среды;
Q — производительность (расход) корпусной системы охлаждения.
Полная тепловая мощность (P) находится путем суммирования тепловых мощностейвсех компонентов. К ним относятся процессор, материнская плата, оперативнаяпамять, платы расширения, жесткие диски, приводы ROM/RW, БП. В общем, то, чтоустановлено внутри системного блока.
За температуру в системе (Ti) нужно взять желаемую нами температурувнутри системного блока. Например – 35оС.
В качестве To возьмите максимальную температуру, какая вообще бывает всамое жаркое время года в нашем климатическом поясе. Возьмем 25оС.
Когда все нужные данные получены, подставляем их в формулу. Например, еслиP=300 Вт, то расчеты буду выглядеть следующим образом:
Q = 1,76*300/(35-25) = 52,8 CFM
То есть в среднем суммарное количество оборотов всех корпусных вентиляторов,включая вентилятор в БП, должно быть не ниже 53 CFM. Если пропеллеры будуткрутиться медленнее, это чревато выгоранием какого-либо компонента системы ивыхода ее из строя.
Также в теории охлаждения существует такое понятие, как системный импеданс.Он выражает сопротивление, оказываемое движущемуся внутри корпуса воздушномупотоку. Это сопротивление может оказываться всем, что не является этим потоком:платы расширения, шлейфы и провода, крепежные элементы корпуса и прочее. Именнопоэтому желательно связывать всю проводку хомутами и размещать в каком-нибудьуглу воздуха, чтобы она не стала помехой на пути воздушного потока.
Теперь, когда мы определились с общей мощностью корпусной СО, подумаем,сколько именно вентиляторов нам нужно и где их разместить. Помним, что один, ноустановленный с умом вентилятор принесет больше пользы, чем два, но поставленныенеграмотно. Если при расчете P мы получили не большее 115 Вт, то без особойнеобходимости нет смысле устанавливать дополнительные корпусные вентиляторы,вполне хватит одного вентилятора в БП. Если системы выделяет тепла более чем на115 Вт, для сохранности ее жизни на долгие годы придется добавить вентиляторовв корпус. Как минимум, нужно поставить один вентилятор «на выдув» на заднейстенке системного блока помимо вентилятора в блоке питания.
Вентиляторам, как известно, свойственно шуметь. Если шум особенно досаждает,можно прибегнуть к такому способу решения проблемы: вместо одного быстрого ишумного поставить два более медленных и тихоходных. Разделить нагрузку, таксказать. Например, вместо одного 80-миллиметрового с 3000 об./мин. прикрутитьдва таких же (или даже 120-миллиметровых) по 1500 оборотов каждый. Менять одинменьшего диаметра на два большего диаметра предпочтительно тем, что крупнаякрыльчатка будет прогонять за минуту больше кубов воздуха, чем мелкие лопасти.В некоторых случаях можно даже ограничиться просто заменой одного меньшеговентилятора на один больший.
Охлаждение бывает пассивным и активным.
Пассивное представляет собой просто радиатор, прислоненный на поверхностькристалла и прикрепленный к «сокету» или «слоту». Уже давно не применяется дляохлаждения большинства CPU, иногда ставится на GPU и активно используется дляохлаждения модулей RAM, видеопамяти и чипсетов. Такое охлаждение основываетсяна естественной конвекции воздуха. Радиатор должен быть желательно медным(лучше отводит тепло, чем алюминиевый) и игольчатым (без заострений на концеиголок). Главное – общая площадь его поверхности. Чем она больше, темэффективнее теплоотвод. Подошва радиатора должна быть гладкой, иначе контакт счипом (а, следовательно, и теплопередача) будет нарушен. Всем радиаторамприсуща такая характеристика, как температурное сопротивление. Оно показывает,насколько изменится температура процессора при увеличении потребляемой им мощностина 1 Ватт. Чем это сопротивление меньше, тем лучше. Радиаторы монтируются кчипу либо специальным креплением (к разъему процессора), либо приклеиваютсятермоклеем (на чипы памяти, чипсет). В первом случае на поверхность процессоранужно сначала тонким слоем нанести термопасту (создать термоинтерфейс). Самыераспростряненные термопасты – КПТ-8 и АлСил.
Активное охлаждение. Может быть воздушным, водяным, криогенным и нитрогенным.
/>
Рисунок 1.1 — Воздушное охлаждение
Воздушное. Его еще называют аэрогенным. Это пассивное охлаждение + кулер,то есть радиатор с установленным сверху вентилятором. Кулер – это, какизвестно, вентилятор, устанавливаемый на какой-либо чип, например, на процессорили на графическое ядро. Абсолютно всем вентиляторам присуща массахарактеристик, по котором можно оценить их профпригодность:
— Размеры вентилятора. Выражается как высота х ширина х высота. Например,80х80х20. Все значения выражаются в мм (миллиметрах). Тут есть разница междуразмером корпуса вентилятора (размер кулера, записывается как длина х ширина) иразмером собственно квадрата, в который вписана окружность крыльчатки (размервентилятора, длина х ширина). Размер кулера по всем параметрам на парумиллиметров выше, чем размер вентилятора. Обычно про размеры кулера говорят не80х80х20, а просто 80х80 (восемьдесят на восемьдесят). Кулеры бывают размером40х40, 50х50, 60х60, 70х70, 80х80 и 120х120. Самые распространенные — 40х40,80х80 и 120х120.
— Тип подшипника. Крыльчатка вентилятора крутится либо подшипникомскольжения (sleeve), либо подшипником качения (ball). У обоих свои преимуществаи недостатки.
Подшипник скольжения. Его устройство следующее: во втулку, смазаннуюсмазкой, вставляется ротор. Вентилятор с таким подшипником просто весь оброснедостатками, к коим относятся: невысокий срок службы по сравнению сподшипником качения, который еще и сокращается при нахождении вентилятора стаким подшипником вблизи температуры выше 50оС; разбалансировкакрыльчатки – при трении ротора со втулкой последняя изнашивается не равномерно(то есть не по всех окружности), а только по двум сторонам, в результате чего впоперечном сечении со временем становится не кругом, овалом. Из-за этогопоявляется биение ротора и, как следствие, шум. К тому же, со временем смазканачинает вытекать из зазора между втулкой и ротором, что явно не способствуетпрекращению биения. Достоинств у кулеров с подшипником скольжения только два –они очень дешевы по сравнению со своими ball-собратьями и тише работают, покане износится втулка или не закончится смазка. Последнее решается разбороммотора и заменой смазки.
Подшипник качения. Устройство несколько другое: между втулкой и роторомвместо смазки помещаются шарики, по которым и вращается ротор. Втулка с двухсторон закрывается специальными кольцами, что препятствует высыпанию шариков.Недостатки таких кулеров обратны достоинствам sleeve-кулеров – ball дороже ишумнее, чем sleeve. В плюсах – стойкость к высокой температуре, передаваемойрадиатором, и большая долговечность.
Существует также комбинированное решение:
Вентилятор, который вращают и sleeve- и ball-подшипник. В данном случаевторой увеличивает долговечность и снижает уровень шума. Также бываютвентиляторы с подшипником скольжения, но на их роторе нарезана резьба, котораяпри вращении не дает смазке стекать в низ, благодаря чему она непрерывноциркулирует внутри втулки.
— Количество оборотов в минуту. Скорость вращения крыльчатки вентилятора.Измеряется данный параметр в RPM (Rotations Per Minute) и чем больше этозначение, тем лучше. Как правило, составляет от 1500 до… трудно сказатьсколько, так как значение rpm постоянно повышается производителями. Чем быстреекрутится вентилятор, тем громче он шумит. Тут уж приходится выбирать: илискорость, холод и шум, или тишина и высокие температуры. Работу любоговентилятора можно замедлить, снизив подаваемое на мотор напряжение. Это можносделать подключением к каналу 7 или даже 5 V вместо 12 V, либо впайкойрезистора 10-70 Ом в разрыв провода питания вентилятора. Но при подаче слишкомнизкого напряжения (ниже 6 V) вентилятору может просто не хватить силы, и он неначнет вертеться, не обеспечит должного охлаждения.
— Объем прогоняемого воздуха за одну минуту. Также называют эффективностью.Измеряется в CFM (Cubic Feet per Minute). Чем выше CFM, тем громче шум,издаваемый вентилятором.
— Уровень шума. Измеряется в дБ. Зависит от величины двух предыдущихпараметров. Шум может быть механическим и аэродинамическим. На механическиешумы влияют величины RPM и CFM. Аэродинамический зависит от угла загибакрыльчатки. Чем он выше, тем сильнее бьется воздух о лопасти и тем громче гул.
— Способ подключения питания. PC Plug (напрямую к БП) либо Molex (кматеринской плате).
Следующий вид охлаждения — водяное охлаждение. Состоит из ватерблока,радиатора, резервуара с водой или хладагентом, помпы и соединительных шлангов.Ватерблок с двумя разъемами (штуцерами) для входного и выходного шлангаустанавливается на процессоре. К радиатору по входному шлангу из помпызакачивается охлажденная вода (хладагент), проходит через него и по выходномушлангу, будучи нагретой теплом процессора, движется ко второму радиатору (накоторый устанавливается вентилятор), чтобы отдать тепло, взятое у CPU.

/>
Рисунок 1.2 — Водяное охлаждение
После этого вода попадает обратно в помпу, и цикл перекачки повторяется.У водяной СО только два параметра: объем резервуара и мощность помпы. Первыйизмеряют в л (литрах), а мощность – в л/час. Чем выше мощность, тем вышеиздаваемый помпой шум. Водяное охлаждение имеет преимущество перед воздушным,так как используемое охлаждающее вещество имеет намного большую теплоемкость,чем воздух, и поэтому эффективнее отводит тепло от греющихся элементов. Но, несмотря ни на что, водяное охлаждение не очень распространено в силу своейдороговизны относительно воздушного охлаждения и опасности короткого замыканияв случае разгерметизации и протечки.
Криогенное охлаждение. СО, которая охлаждает чип при помощи специальногогаза – фреона. Состоит она из компрессора, конденсатора, фильтра, капилляра,испарителя и втягивающей трубки. Работает следующим образом: газообразный фреонпоступает в компрессор и там нагнетается. Далее газ по давлением попадает вконденсатор, где превращается в жидкость и выделяет энергию в тепловом виде.Эта энергия рассеивается конденсатором в окружающую среду. Далее фреон, ужебудучи жидкостью, перетекает в фильтр, где очищается от случайного мусора,который может попасть в капилляр и, закупорив его, вывести систему охлажденияиз строя. По капилляру жидкий фреон попадает в испаритель, где под действиемпередаваемого от испарителя тепла начинает кипеть, активно поглощая получаемуюот процессора тепловую энергию, и по всасывающей трубке попадает обратно вкомпрессор и цикл повторяется.
/>
Рисунок 1.3 — Криогенное охлаждение
Не распространена в силу своей дороговизны и необходимости пополненияфреона, так как он со временем улетучивается и его приходится добавлять ссистему охлаждения. Также эффективна при разгоне, так как способна создаватьминусовые температуры.
Нитрогенное охлаждение. Вся система охлаждения состоит из среднихразмеров емкости с залитым туда жидким азотом. Ничего и никуда не надо не подводить,не отводить. При нагревании процессором жидкий азот испаряется, и, достигая«потолка» емкости, становится жидким и вновь попадает на дно и сноваиспаряется. Нитрогенное охлаждение, также как и фреонное, способно обеспечитьминусовую температуру (приблизительно -196оС). Неудобство в том, чтожидкий азот, также, как и фреон, имеет способность выкипать, и приходитсядобавлять его в немалых количествах. Кроме того, азотное охлаждение весьмадорого.

/>
Рисунок 1.4 — Нитрогенное охлаждение
Принцип действие элемента Пельтье основан на работе полупроводников p- иn-типа.
Еще одно устройство охлаждения, состоящее из двух полупроводниковыхпластин. При пропускании через них электрического тока одна пластина начинаетморозить, а другая, наоборот, излучать тепло. Причем температурный промежутокмежду температурами двух пластин всегда одинаков. Используется элемент Пельтьеследующим образом: «морозящая» сторона крепиться на процессор.
/>
Рисунок 1.5 — Элемент Пельтье
Опасность его использования связана с тем, что при неправильной установкеэлемента есть вероятность образования конденсата, что повлечет за собой выходоборудования из строя. Так что при использовании элемента Пельтье следует бытьчрезвычайно аккуратным.
1.2 Охлаждение процессоров и видеокарт
Центральный процессор и графический процессор — самые мощные источникитепла внутри современного компьютера. Разработано множество различныхконструкций систем охлаждения для этих компонент, разнообразие конструкторскихрешений поражает воображение.
Как правило, существенным ограничивающим фактором при выборе кулера дляпроцессора и видеокарты, является стоимость: высокоэффективные и тихие системыохлаждения весьма недёшевы. Из сказанного в разделе о принципах охлаждения(раздел 1.1) следует, что лучше использовать системы охлаждения с максимальнобольшими радиаторами, желательно медными. В силу дороговизны меди, частоприменяют комбинированную схему: медный сердечник, впрессованный в алюминиевыйрадиатор; медь помогает более эффективно распределять тепло. Лучше использоватьнизкоскоростные вентиляторы системы охлаждения: они работают тише. Чтобысохранить приемлемую производительность, применяют вентиляторы большоготипоразмера (вплоть до х120 мм). Так, например, выглядит процессорный кулер ZalmanCNPS7700-AlCu.
Часто для построения большого радиатора используют тепловые трубки —герметично запаянные и специальным образом устроенные металлические трубки(обычно медные). Они очень эффективно переносят тепло от одного своего конца кдругому: таким образом, даже самые дальние рёбра большого радиатора эффективноработают в охлаждении. Так, например, устроен популярный кулер Scythe Ninja
Для охлаждения современных производительных графических процессоровприменяют те же методы: большие радиаторы, медные сердечники систем охлажденияили полностью медные радиаторы, тепловые трубки для переноса тепла к дополнительнымрадиаторам.
Рекомендации по выбору здесь такие же: использовать медленные икрупноразмерные вентиляторы, максимально большие радиаторы. Так, например,выглядят популярные системы охлаждения видеокарт Zalman VF700 и Zalman VF900.
Обычно вентиляторы систем охлаждения видеокарт лишь перемешивали воздухвнутри системного блока, что не очень эффективно, с точки зрения охлаждениявсего компьютера.
Лишь совсем недавно для охлаждения видеокарт стали применять системыохлаждения, которые выносят горячий воздух за пределы корпуса: первыми сталиArctic Cooling Silencer и, схожая конструкция, IceQ от бренда HIS.
Подобные системы охлаждения устанавливаются на самые мощные современныевидеокарты (nVidia GeForce 8800, ATI x1800XT и старше). Такая конструкциязачастую более оправдана, с точки зрения правильной организации воздушныхпотоков внутри корпуса компьютера, чем традиционные схемы.
1.3 Охлаждение жесткого диска
Как и любая другая составляющая компьютера, жесткий диск имеет свойствонагреваться во время работы. И хотя вопрос охлаждения данного компонента неявляется особо острым, однако при сильном перегреве срок службы накопителязначительно сокращается. Кроме того, многие пользователи сталкиваются спроблемой шума и вибрации HDD. И если для организации охлаждения процессора ивидеокарты с минимальным уровнем шума на рынке присутствует огромный выборсоответствующих кулеров, то список систем охлаждения подобного класса дляжестких дисков отсутствует.
Типичный кулер для охлаждения HDD — это пластина с вентилятором (илидвумя), которая прикручивается снизу диска. Такие кулера самые дешевые и самыеэффективные. Конечно, шум от дополнительных вентиляторов в системном блоке увеличивается.
Для борьбы с вышеназванной проблемой, а также для дополнительногоохлаждения винчестеров компания Scythe выпускает две модели СО — Himuro и QuiteDrive. По праву можно сказать, что данные устройства выделяются на фонеподобных систем. Конструкция их схожа — корпус-радиатор, внутрь которогоустанавливается накопитель. Корпус гасит вибрацию и шум, и по сочетанию этиххарактеристик данные модели являются, возможно, самыми удачными на рынке. Иесли Quite Drive уже успел завоевать признание потребителей, то Himuroотносительно новая модель.
Если провести замер нагрева при напряженной работе, то у современного HDDтемпература может достигнуть 50-60 градусов Цельсия. Для электрической частиэто, конечно, не очень страшно, хотя срок ее службы тоже уменьшается –современные микросхемы имеют четкий температурный режим. Да и изготовителюприходится во время проектирования думать об отводе тепла от элементов(особенно от драйвера двигателя). Но вот пластины, находящиеся в гермоблоке, кповышенной температуре очень чувствительны. Выражается это в прямой зависимостиколичества часов наработки на отказ от режима эксплуатации. Если режимы эти несоответствуют номинальным, то срок службы может уменьшиться в несколько раз. Мырискуем потерять не только устройство, но и данные, хранящиеся на нем. Причемповышенная температура приводит к появлению «плохих» секторов напластинах, и восстановление информации в таких случаях может стать невозможным.
Самое главное — оптимальная температура работы жесткого диска. Посмотревна таблицу 1.1, сразу станет все понятно.           

Таблица 1.1 – Работа жесткого диска в зависимости от температурыТемпература, °С Коэффициент учащения отказов Температурный коэффициент снижения времени наработки на отказ Скорректи-рованное время наработки на отказ 25 1,0000 1,00 232 140 26 1,0507 0,95 220 533 30 1,2763 0,78 181 069 34 1,5425 0,65 150 891 38 1,8552 0,54 125 356 42 2,2208 0,45 104 463 46 2,6465 0,38 88 123 50 3,1401 0,32 74 284 54 3,7103 0,27 62 678 58 4,3664 0,23 53 392 62 5,1186 0,20 46 428 66 5,9779 0,17 39 464 70 6,9562 0,14 32 500
1.4 Охлаждение системного блока
Современные стандарты по конструированию корпусов компьютеров средипрочего регламентируют и способ построения системы охлаждения. Начиная ещё ссистем на базе Intel Pentium II, выпуск которых был начат в 1997 году,внедряется технология охлаждения компьютера сквозным воздушным потоком,направленным от передней стенки корпуса к задней (дополнительно воздух дляохлаждения всасывается через левую стенку) (Рисунок 1.11).

/>
Рисунок 1.11 – Направление воздушных потоков в корпусе компьютера
Как минимум один вентилятор установлен в блоке питания компьютера (многиесовременные модели имеют два вентилятора, что позволяет существенно снизитьскорость вращения каждого из них, а, значит, и шум при работе). В любом местевнутри корпуса компьютера можно устанавливать дополнительные вентиляторы дляусиления потоков воздуха. Обязательно нужно следовать правилу: на передней илевой боковой стенке воздух нагнетается внутрь корпуса, на задней стенкегорячий воздух выбрасывается наружу. Также нужно проконтролировать, чтобы потокгорячего воздуха от задней стенки компьютера не попадал напрямик в воздухозаборна левой стенке компьютера (такое случается при определённых положенияхсистемного блока относительно стен комнаты и мебели). Какие вентиляторыустанавливать, зависит в первую очередь от наличия соответствующих креплений встенках корпуса. Шум вентилятора главным образом определяется скоростью еговращения, поэтому рекомендуется использовать медленные (тихие) моделивентиляторов. При равных установочных размерах и скорости вращения, вентиляторына задней стенке корпуса субъективно шумят несколько меньше передних: во-первых,они находятся дальше от пользователя, во-вторых, сзади корпуса расположеныпочти прозрачные решётки, в то время как спереди — различные декоративные элементы.Часто шум создаётся вследствие огибания элементов передней панели воздушнымпотоком: если переносимый объём воздушного потока превышает некий предел, напередней панели корпуса компьютера образуются вихревые турбулентные потоки,которые создают характерный шум (он напоминает шипение пылесоса, но гораздотише).

2. Регулировка охлаждения компьютерных систем
2.1 Воздушное охлаждение компьютерных систем
Для переноса воздуха в системах охлаждения используют вентиляторы.
2.1.1 Устройство вентилятора
Вентилятор состоит из корпуса (обычно в виде рамки), электродвигателя икрыльчатки, закреплённой при помощи подшипников на одной оси с двигателем(Рисунок 2.1).
/>
Рисунок 2.1 – Вентилятор (в разобранном виде)
От типа установленных подшипников зависит надёжность вентилятора. Производителизаявляют такое типичное время наработки на отказ (количество лет получено израсчёта круглосуточной работы) (Таблица 2.1).
С учётом морального старения компьютерной техники (для домашнего иофисного применения это 2-3 года), вентиляторы с шарикоподшипниками можносчитать «вечными»: срок их работы не меньше типового срока работы компьютера.Для более серьёзных применений, где компьютер должен работать круглосуточномного лет, стоит подобрать более надёжные вентиляторы.

Таблица 2.1 – Зависимость работы вентилятора от марки подшипникаТип подшипника Время наработки на отказ Подшипник скольжения часов лет (sleeve bearing) 10 000 1 Один подшипник скольжения, один подшипник качения (ball bearing) 20 000 2 Два подшипника качения (2 ball bearing)    30 000 3 Гидродинамический подшипник
Многие сталкивались со старыми вентиляторами, в которых подшипникискольжения выработали свой ресурс: вал крыльчатки дребезжит и вибрирует приработе, издавая характерный рычащий звук. В принципе, такой подшипник можноотремонтировать, смазав его твёрдой смазкой, — но многие ли согласятсяремонтировать вентилятор, цена которому всего пара долларов?
2.1.2 Характеристики вентиляторов
Вентиляторы различаются по своему размеру и толщине: обычно в компьютерахвстречаются типоразмеры 40×40×10 мм, для охлаждения видеокарт икарманов для жёстких дисков, а также 80×80×25, 92×92×25,120×120×25 мм для охлаждения корпуса. Также вентиляторы различаютсятипом и конструкцией устанавливаемых электродвигателей: они потребляют различныйток и обеспечивают разную скорость вращения крыльчатки. От размеров вентилятораи скорости вращения лопастей крыльчатки зависит производительность: создаваемоестатическое давление и максимальный объём переносимого воздуха.
Объём переносимого вентилятором воздуха (расход) измеряется в кубометрахв минуту или кубических футах в минуту. Производительность вентилятора,указанная в характеристиках, измеряется при нулевом давлении: вентиляторработает в открытом пространстве. Внутри корпуса компьютера вентилятор дует всистемный блок определенного размера, потому он создаёт в обслуживаемом объёмеизбыточное давление. Естественно, что объёмная производительность будетприблизительно обратно пропорциональна создаваемому давлению. Конкретный видрасходной характеристики зависит от формы использованной крыльчатки и другихпараметров конкретной модели. Например, соответствующий график для вентилятора GlacialTechSilentBlade GT80252BDL (Рисунок 2.2).
/>
Рисунок 2.2 – Производительность вентилятора SilentBlade GT80252BDL
Общий вид вентилятора SilentBlade II GT80252-BDLA1приведен на рисунке 2.3,а его характеристики ниже.
/>
Рисунок 2.3 — Общий вид вентилятора SilentBlade II GT80252-BDLA1
Характеристики вентилятора SilentBlade II GT80252-BDLA1
Вентилятор для охлаждения корпуса ПК
Низкий уровень шума
Напряжение питания   12 В
Подшипник         2 х Качения
Скорость вращения      1700 (± 10 %) об./мин.
Поток воздуха     26.3 CFM
Шум             18 дБ
Размеры     80 х 80 х 25 мм
Вес    72.5 г
Разъем питания  Коннектор 3-pin + 4 -pin
Цвет  Черный
Из этого следует простой вывод: чем интенсивнее работают вентиляторы взадней части корпуса компьютера, тем больше воздуха можно будет прокачать черезвсю систему, и тем эффективнее будет охлаждение.
Уровень шума, создаваемый вентилятором при работе, зависит от различныхего характеристик. Несложно установить зависимость между производительностью ишумом вентилятора. На сайте крупного производителя популярных систем охлажденияTitan, в разделе корпусных вентиляторов мы видим: многие вентиляторы одного итого же размера комплектуются разными электродвигателями, которые рассчитаны наразличную скорость вращения. Поскольку крыльчатка используется одна и та же,получаем интересующие нас данные: характеристики одного и того же вентиляторапри разных скоростях вращения. Составляем таблицу для трёх самыхраспространённых типоразмеров: толщина 25 мм, 80×80×25 мм, 92×92×25мм и 120×120×25 мм (Таблицы 2.2).

Таблица 2.2 – Уровень шума различных вентиляторов Titan
/>
Жирным шрифтом выделены самые популярные типы вентиляторов.
Наклонным шрифтом выделены расчётные данные.
Посчитав коэффициент пропорциональности потока воздуха и уровня шума коборотам, видим почти полное совпадение. Для очистки совести считаем отклоненияот среднего: меньше 5%. Таким образом, мы получили три линейные зависимости, по5 точек каждая. Гипотезу считаем подтверждённой.
Объёмная производительность вентилятора пропорциональна количествуоборотов крыльчатки, то же самое справедливо и для уровня шума.
Используя полученную гипотезу, мы можем экстраполировать полученныерезультаты методом наименьших квадратов (МНК): в таблице эти значения выделенынаклонным шрифтом. Нужно, однако, помнить: область применения этой моделиограничена. Исследованная зависимость линейна в некотором диапазоне скоростейвращения; логично предположить, что линейный характер зависимости сохранится ив некоторой окрестности этого диапазона; но при очень больших и очень малыхоборотах картина может существенно измениться.
Теперь рассмотрим линейку вентиляторов другого производителя: GlacialTechSilentBlade 80×80×25 мм, 92×92×25 мм и 120×120×25мм. Составим аналогичную таблицу 2.3.
Таблица 2.3 — Уровень шума различных вентиляторов GlacialTech
/>
Наклонным шрифтом выделены расчётные данные.
Общий вид вентиляторов этой серии изображен на рисунке 2.4.
/>
Рисунок 2.4 – Общий вид вентиляторов GlacialTech
Как было сказано выше, при значениях скорости вращения вентилятора,существенно отличающихся от исследованных, линейная модель может быть неверна.Полученные экстраполяцией значения следует понимать как приблизительную оценку.
Обратим внимание на два обстоятельства. Во-первых, вентиляторыGlacialTech работают медленнее, во-вторых, — эффективнее. Очевидно, это результатиспользования крыльчатки с более сложной формой лопастей: даже при одинаковыхоборотах, вентилятор GlacialTech переносит больше воздуха, чем Titan (см. графуприрост). А уровень шума при одинаковых оборотах примерно равен: пропорциясоблюдается даже для вентиляторов разных производителей с различной формойкрыльчатки.
Нужно понимать, что реальные шумовые характеристики вентилятора зависятот его технической конструкции, создаваемого давления, объёма прокачиваемоговоздуха, от типа и формы преград на пути воздушных потоков; то есть, от типакорпуса компьютера. Поскольку корпуса используются самые разные, невозможнонапрямую применять измеренные в идеальных условиях количественныехарактеристики вентиляторов — их можно только сравнивать между собой для разныхмоделей вентиляторов.
2.1.3 Контроль и управление вентиляторами
Большинство современных материнских плат позволяет контролироватьскорость вращения вентиляторов, подключённых к некоторым трёх- или четырёхконтактнымразъёмам. Более того, некоторые из разъёмов поддерживают программное управлениескоростью вращения подключённого вентилятора. Не все размещённые на платеразъёмы предоставляют такие возможности: например, на популярной плате AsusA8N-E есть пять разъёмов для питания вентиляторов, контроль над скоростьювращения поддерживают только три из них (CPU, CHIP, CHA1), а управлениескоростью вентилятора — только один (CPU); материнская плата Asus P5B имеетчетыре разъёма, все четыре поддерживают контроль за скоростью вращения,управление скоростью вращения имеет два канала: CPU, CASE1/2 (скорость двухкорпусных вентиляторов изменяется синхронно). Количество разъёмов свозможностями контроля или управления скоростью вращения зависит не отиспользуемого чипсета или южного моста, а от конкретной модели материнскойплаты: модели разных производителей могут различаться в этом отношении. Часторазработчики плат намеренно лишают более дешёвые модели возможностей управленияскоростью вентиляторов. Например, материнская плата для процессоров IntelPentiun 4 Asus P4P800 SE способна регулировать обороты кулера процессора, а еёудешевлённый вариант Asus P4P800-X — нет. В таком случае можно использоватьспециальные устройства, которые способны управлять скоростью несколькихвентиляторов (и, обычно, предусматривают подключение целого ряда температурныхдатчиков) — их появляется всё больше на современном рынке.
Контролировать значения скорости вращения вентиляторов можно при помощиBIOS Setup. Как правило, если материнская плата поддерживает изменение скоростивращения вентиляторов, здесь же в BIOS Setup можно настроить параметрыалгоритма регулирования скорости. Набор параметров различен для разныхматеринских плат; обычно алгоритм использует показания термодатчиков,встроенных в процессор и материнскую плату. Существует ряд программ дляразличных ОС, которые позволяют контролировать и регулировать скоростьвентиляторов, а также следить за температурой различных компонентов внутрикомпьютера. Производители некоторых материнских плат комплектуют свои изделияфирменными программами для Windows: Asus PC Probe, MSI CoreCenter, Abit µGuru,Gigabyte EasyTune, Foxconn SuperStep и т.д. Распространено несколькоуниверсальных программ, среди них: Hmonitor (shareware, $20-30), MotherBoardMonitor (распространяется бесплатно, не обновляется с 2004 года). Самаяпопулярная программа этого класса — SpeedFan (Рисунок 2.5).

/>
Рисунок 2.5 — Программа SpeedFan
2.2 Пассивное охлаждение
Пассивными системами охлаждения принято называть такие, которые несодержат вентиляторов. Пассивным охлаждением могут довольствоваться отдельныекомпоненты компьютера, при условии, что их радиаторы помещены в достаточныйпоток воздуха, создаваемый «чужими» вентиляторами: например, микросхема чипсетачасто охлаждается большим радиатором, расположенным вблизи места установкипроцессорного кулера. Популярны также пассивные системы охлаждения видеокарт,например, Zalman ZM80D-HP (Рисунок 2.6).

/>
Рисунок 2.6 – Пассивное охлаждение видеокарт
Очевидно, чем больше радиаторов приходится продувать одному вентилятору,тем большее сопротивление потоку ему нужно преодолеть; таким образом, приувеличении количества радиаторов часто приходится увеличивать скорость вращениякрыльчатки. Эффективнее использовать много тихоходных вентиляторов большогодиаметра, а пассивные системы охлаждения предпочтительнее избегать. Несмотря нато, что выпускаются пассивные радиаторы для процессоров, видеокарты с пассивнымохлаждением, даже блоки питания без вентиляторов (FSP Zen), попытка собрать компьютерсовсем без вентиляторов из всех этих компонент наверняка приведёт к постояннымперегревам. Потому, что современный высокопроизводительный компьютер рассеиваетслишком много тепла, чтобы охлаждаться только лишь пассивными системами. Из-занизкой теплопроводности воздуха, сложно организовать эффективное пассивноеохлаждение для всего компьютера, разве что превратить в радиатор весь корпускомпьютера, как это сделано в Zalman TNN 500A (Рисунок 2.7).
Возможно, полностью пассивного охлаждения будет достаточно для маломощныхспециализированных компьютеров (для доступа в интернет, для прослушиваниямузыки и просмотра видео, и т.п.)

/>
Рисунок 2.7 – Корпус-радиатор компьютера Zalman TNN 500A
2.3 Водяное охлаждение компьютерных систем
Наиболее распространен такой подход охлаждения компьютерных систем — собираетсясистема, нередко насчитывающая десяток вентиляторов, все с оптимизированнойкрыльчаткой и гидродинамическими подшипниками. Текстолит печатных плат с трудомвыдерживает килограммы меди высокоэффективных радиаторов, пронизанных тепловымитрубками. Результат от всех этих модных усовершенствований падает прямопропорционально мощности системы, так как температура внутри корпусастремительно растет с повышением мощности, и в топовых конфигурациях прокачкавоздуха через корпус все равно вызывает значительный шум. Возникает тупиковаяситуация, когда каждый компонент системы достаточно бесшумен, скажем 18-20 Дб,но собранные вместе они дают 30-35 Дб еще более неприятного, за счет различногоспектра и возникающих интерференций, шума. Стоит отметить и повышенную сложностьочистки от пыли подобной конструкции. Если штатную систему легко чистить раз вполгода обычным пылесосом, то все эти тонко-реберные конструкции современныхкулеров очистить весьма сложно. Проблеме пыли в корпусах, производителямипочему-то не уделяется достаточное внимание, лишь некоторые корпуса снабженывесьма неэффективными пылевыми фильтрами. Между тем, измельченная вентиляторамипыль не только вредит охлаждению, осаждаясь на поверхности радиаторов, но ивесьма вредна для здоровья человека, так как не задерживается бронхами и оченьдолго выводится из легких. Некоторые источники, считают что вред от мелкой пылисопоставим с вредом от пассивного курения. Сильно страдают от пыли накопителиCD/DVD и FDD, встречался даже кардридер забитый пылью до полной невозможностиработы.
Системы водяного охлаждения пользуются заслуженной популярностью. Принципих действия основан на циркуляции теплоносителя. Нуждающиеся в охлаждениикомпоненты компьютера нагревают воду, а вода в свою очередь, охлаждается врадиаторе. При этом радиатор может находиться снаружи корпуса, и даже бытьпассивным (Рисунок 2.8).
/>
Рисунок 2.8 — Одна из наиболее совершенных систем водяного охлаждения
Недостатком водяного охлаждения является:
1.        шум — чем выше мощность,тем выше издаваемый помпой шум.
2.        не смотря ни начто, водяное охлаждение не очень распространено в силу своей дороговизныотносительно воздушного охлаждения и опасности короткого замыкания в случаеразгерметизации и протечки.
2.4 Охлаждение экономией
Типичный домашний или офисный компьютер в отсутствие ресурсоёмких задач загружен,как правило, всего на 10% — любой может удостовериться в том, запустивДиспетчер задач Windows и понаблюдав за Хронологией загрузки ЦП (ЦентральногоПроцессора). Таким образом, при старом подходе около 90% процессорного времениулетало на ветер: ЦП занимался выполнением никому не нужных команд. Более новыеОС (Windows 2000 и далее) в аналогичной ситуации поступают разумнее: при помощикоманды HLT (Halt, останов) процессор полностью останавливается на короткоевремя — это, очевидно, позволяет снизить потребление энергии и температурупроцессора при отсутствии ресурсоёмких задач.
Компьютерщики со стажем могут припомнить целый ряд программ для«программного охлаждения процессора»: будучи запущенными под управлениемWindows 95/98/ME они останавливали процессор с помощью HLT, вместо повторениябессмысленных NOP, чем снижали температуру процессора в отсутствиевычислительных задач. Соответственно, использование таких программ подуправлением Windows 2000 и более новых ОС лишено всякого смысла.
Современные процессоры потребляют настолько много энергии (а это значит:рассеивают её в виде тепла, то есть греются), что разработчики создалидополнительные технические по борьбе с возможным перегревом, а также средства,повышающие эффективность механизмов экономии при простое компьютера.

2.4.1 Тепловая защита процессора
Для защиты процессора от перегрева и выхода из строя, применяется такназываемый thermal throttling (обычно не переводят: троттлинг). Суть этого механизмапроста: если температура процессора превышает допустимую, процессорпринудительно останавливается командой HLT, чтобы кристалл имел возможностьостыть. В ранних реализациях этого механизма через BIOS Setup можно былонастраивать, какую долю времени процессор будет простаивать (параметр CPUThrottling Duty Cycle: xx%); новые реализации «тормозят» процессоравтоматически до тех пор, пока температура кристалла не опустится додопустимого уровня. Безусловно, пользователь заинтересован в том, чтобыпроцессор не прохлаждался (буквально!), а выполнял полезную работу — для этогонужно использовать достаточно эффективную систему охлаждения. Проверить, невключается ли механизм тепловой защиты процессора (троттлинга) можно при помощиспециальных утилит, например ThrottleWatch (Рисунок 2.9).
/>
Рисунок 2.9 – Утилит ThrottleWatch
В данном случае процессор охлаждается неудовлетворительно: как толькозагрузка процессора возрастает, срабатывает механизм троттлинга.

2.4.2 Минимизация потребления энергии
Практически все современные процессоры поддерживают специальныетехнологии для снижения потребления энергии (и, соответственно, нагрева).Разные производители называют такие технологии по-разному, например: EnhancedIntel SpeedStep Technology (EIST), AMD Cool’n’Quiet (CnQ, C&Q) — ноработают они, по сути, одинаково. Когда компьютер простаивает, и процессор незагружен вычислительными задачами, уменьшается тактовая частота и напряжениепитания процессора. И то, и другое уменьшает потребление процессоромэлектроэнергии, что, в свою очередь, сокращает тепловыделение. Как толькозагрузка процессора увеличивается, автоматически восстанавливается полнаяскорость процессора: работа такой схемы энергосбережения полностью прозрачнадля пользователя и запускаемых программ. Для включения такой системы нужно:
— включить использование поддерживаемой технологии в BIOS Setup;
— установить в используемой ОС соответствующие драйверы (обычно этодрайвер процессора);
— в Панели управления Windows (Control Panel), в разделе Электропитание(Power Management), на закладке Схемы управления питанием (Power Schemes)выбрать в списке схему Диспетчер энергосбережения (Minimal Power Management).
Проверить, что частота процессора изменяется, можно при помощи любойпрограммы, отображающей тактовую частоту процессора: от специализированных типаCPU-Z, вплоть до Панели управления Windows (Control Panel), раздел Система(System) (Рисунок 2.10).

/>
Рисунок 2.10 — Панели управления Windows
AMD Cool'n'Quiet в действии: текущая частота процессора (994 МГц) меньшеноминальной (1,8 ГГц).
Часто производители материнских плат дополнительно комплектуют своиизделия наглядными программами, наглядно демонстрирующими работу механизмаизменения частоты и напряжения процессора, например, Asus Cool&Quiet(Рисунок 2.11).
/>
Рисунок 2.11 – Панель Asus Cool&Quiet

Частота процессора изменяется от максимальной (при наличии вычислительнойнагрузки), до некоторой минимальной (при отсутствии загрузки ЦП).
2.4.3 Утилита RMClock
Во время разработки набора программ для комплексного тестированияпроцессоров CPU RightMark, была создана утилита RMClock (RightMark CPUClock/Power Utility): она предназначена для наблюдения, настройки и управленияэнергосберегающими возможностями современных процессоров. Утилита поддерживаетвсе современные процессоры и самые разные системы управления потреблениемэнергии (частотой, напряжением…) Программа позволяет наблюдать завозникновением троттлинга, за изменением частоты и напряжения питанияпроцессора. Используя RMClock, можно настраивать и использовать всё, чтопозволяют стандартные средства: BIOS Setup, управление энергопотреблением состороны ОС при помощи драйвера процессора. Но возможности этой утилиты гораздошире: с её помощью можно настраивать целый ряд параметров, которые не доступныдля настройки стандартным образом. Особенно это важно при использованииразогнанных систем, когда процессор работает быстрее штатной частоты.
RightMark CPU Clock Utility (RMClock) — небольшая утилита, осуществляющаямониторинг тактовой частоты, троттлинга, загрузки процессора, напряжения итемпературы процессорного ядра в реальном времени. Она также способна управлятьуровнем производительности и потребляемой мощности процессоров, поддерживающихфункции управления энергопотреблением. В режиме автоматического управления онапостоянно отслеживает уровень загрузки процессора и автоматически изменяет еготактовую частоту, напряжение процессорного ядра и/или уровень троттлинга всоответствии с концепцией «производительность по требованию».

/>
Рисунок 2.12 – Утилита RightMark CPU Clock Utility (RMClock)
2.4.4 Авторазгон видеокарты
Подобный метод используют и разработчики видеокарт: полная мощностьграфического процессора нужна только в 3D-режиме, а с рабочим столом в2D-режиме современный графический чип справится и при пониженной частоте.Многие современные видеокарты настроены так, чтобы графический чип обслуживалрабочий стол (2D-режим) с пониженной частотой, энергопотреблением итепловыделением; соответственно, вентилятор охлаждения крутится медленнее ишумит меньше. Видеокарта начинает работать на полную мощность только призапуске 3D-приложений, например, компьютерных игр. Аналогичную логику можнореализовать программно, при помощи различных утилит по тонкой настройке иразгону видеокарт. Для примера, так выглядят настройки автоматического разгонав программе ATI Tray Tools для видеокарты HIS X800GTO IceQ II (Рисунок 2.13).

/>
Рисунок 2.13 — ATI Tray Tools для видеокарты HIS X800GTO IceQ II
Создана Ray Adams новая утилита ATI Tray Tools (Рисунок 2.14).
/>
Рисунок 2.14 — Новая утилита ATI Tray Tools
2.5 Перспективы развития систем охлаждения
Исторически так сложилось, что блоки питания обделены бесшумнымисистемами охлаждения. Во многом это обусловлено тем, что они рассеивают 15-25%потребляемой компьютером энергии. Вся эта мощность выделяется на разных,активных и пассивных компонентах блока питания. Греются силовые диоды и ключиинверторов, трансформаторы и дроссели… Традиционная схема компоновки блокапитания требует переосмысления с переходом на внешнее охлаждение. Блоки питанияс возможностью подключения к водяной системе охлаждения производит только однакомпания.
Начинается производство компьютерных систем с водяным охлаждением,используются двухконтурные, трехконтурные и для экстра компьютерных сетеймногоконтурные системы охлаждения.
Для проверки эффективности системы охлаждения, использовались двеконфигурации программного обеспечения.
Idle — загружен рабочий стол операционной системы Windows Vista Ultimatex64 SP1.
3D — выполняется тестовый пакет Futuremark 3Dmark Vantage.
В обоих режимах использовалась штатная система водяного охлажденияKoolance, без подключения к холодной воде.
Idle Water и 3D Water — в теплообменник внешнего контура подаваласьхолодная вода температурой около 17 градусов, вентиляторы штатной системыохлаждения не работали.
Idle Air и 3D Air — использовалась штатная, однослотовая, системаохлаждения видеокарты ATI Radeon HD 3870 и процессорный кулер Neon 775 производстваGIGABYTE.
Теплоносителем в первых четырех тестах является вода внутреннего контураохлаждения, а в двух последних тестах — воздух внутри системного блока. Дляполучения стабильных результатов, все тесты выполнялись в течении часа, апоказания о максимальной температуре снимались с помощью программы HWMonitor.
Исследования показали, что охлаждение водой значительно эффективнее, чемохлаждение воздухом. В частности, в системе охлаждаемой воздухом, во времяпростоя, зафиксированы параметры нагрева аналогичные нагруженной системыохлаждаемой водой! Система, охлаждаемая во время работы 3D теста воздухом,достаточно быстро прогрела воздух внутри системного блока до температуры выше45 градусов. Неудивительно, что температура процессоров приблизилась к 80 градусам,а вентиляторы зашумели на полную мощность.
При оценке экономического эффекта выяснилось, что цена переоборудованиякомпьютера на водяное охлаждение возросла всего лишь на 1200 грн., аэффективность возросла на 100%.
С целью экономии воды, возможно изготовление трехконтурной системыохлаждения, в которой теплообменник крепится непосредственно на трубу магистралихолодной воды, и жидкость этой, промежуточной системы, прокачивается отдельнойпомпой. Весьма интересна возможность расположить между первым и вторым контуромполупроводниковый холодильник на эффекте Пельтье.
Применение подобных, прогрессивных решений, позволяет достигнуть рекорднойпроизводительности при полном отсутствии шума.

3. Технико-экономическое обоснование объекта исследования
3.1 Анализ различных видов охлаждения
Исследуем технико-экономические характеристики рассмотренных выше видовохлаждения (Таблица 3.1).
Таблица 3.1 – Технико-экономические характеристики различных видовохлаждения
Вид
охлаждения Уровень шума, дБ Стоимость, грн Безопасность
Простота
конструкции Дополнительные сведения Пассивный отсутствует до 50 полная
крепление
дополнительных радиаторов
Воздушное:
вентилятор 15-39 50-200 частичная установка дополнительных вентиляторов Потребление эл. энергии, повышение уровня шума, периодическая смазка подшипников
Воздушное:
куллер 15-39 150-400 частичная установка дополнительных куллеров Потребление эл. энергии, повышение уровня шума, периодическая смазка подшипников
Вид
охлаждения Уровень шума, дБ Стоимость, грн Безопасность
Простота
конструкции Дополнительные сведения Водяное охлаждение до 10 1500-7500 Попадание воды на электроблоки Сложность установки, подвод воды, установка помпы Попадание влаги, постоянный просмотр штуцеров, вентилей Криогенное охлаждение до 50 1200-6000 Образование конденсата Сложность установки Образование конденсата, постоянный просмотр блоков, заправка фреоном, минусовые температуры Нитрогенное охлаждение отсутствует 300-1200 Образование конденсата, утечка азота Сложность установки, герметичность Образование конденсата, постоянный просмотр блоков, заправка азотом, минусовые температуры Элемент Пельтье отсутствует 600-900 Образование конденс. Сложность установки, Дополнительный нагрев
Проанализировав таблицу 3.1 по цене делаем вывод (Рисунок 3.1):
/>
Рисунок 3.1 – Анализ стоимости различных видов охлаждения:
1-        пассивноеохлаждение; 2- воздушное-вентилятор; 3 – воздушное-куллер; 4 – водяное; 5-криогенное; 6- нитрогенное; 7 — элемент Пельтье.
По стоимости самым дешевым видом охлаждения является пассивное, стоимостьрадиатора определяется количеством меди в нем и конфигурацией, самым дорогимявляется водяное охлаждение и содержит множество переделок корпуса компьютера,элемент Пельтье занимает среднюю позицию по стоимости, но оно не выгодно из-заобильного потребления электрической энергии и выделении тепла наполупроводнике, которое вызовет образование конденсата; самую выгодную позициюзанимает воздушное охлаждение – простота монтажа, малая стоимость, надежностьконструкции, малое энергопотребление, единственный недостаток вентиляторов –относительно высокий уровень шума.
Выгодно использовать смешанную систему охлаждения, но при использованиипоявятся как положительные, так и отрицательные факторы. При использовании, допустим,воздушного охлаждения (увеличении количества вентиляторов), мало того чтоувеличивается уровень шума самих вентиляторов, появляется эффект «резонирования»,т.к. вентиляторы находятся на одном шасси.
При установке дополнительного воздушного охлаждения следует предусмотретьи систему фильтров, которая будет защищать данный компьютер от попадания пыли.Можно разработать и систему автоматического выключения электровентиляторов приохлаждении блоков компьютера до заданной величины, используя программу слеженияза температурой блоков или дополнительные устройства (термореле,терморегуляторы).
Рассмотрим, во сколько обойдется усовершенствование охлаждения компьютерныхсистем при установке одного дополнительного вентилятора.
Первичными исходными данными для определения стоимости проекта являютсяпоказатели, которые используются на предприятии ГПО «МОНОЛИТ» г. Харьков.
Эти показатели сведены в таблицу 3.2.
Таблица 3.2 — Данныепредприятия ГПО «МОНОЛИТ» г. Харьков.
состоянием на 01.01.2010 г.Статьи расходов Усл.обоз.
Единицы
измер. Величина 1 2 3 4 Разработка (проектирование) КД Тарифная ставка конструктора — технолога
Зсист грн. 1200 Тарифная ставка обслуживающего персонала
Зперс грн. 1200 Зарплата других категорий рабочих, задействованных в процессе разработки КД
Зин.роб. грн. 1500 Тариф на электроэнергию
Се/е грн. 0,56 Мощность компьютера, модема, принтера и др. WМ квт /час. 0,3 Стоимость ЭВМ, принтера, модема для базового и нового изделия (IBMPentium/32/200/ SVG)
Втз грн. 3200,00 Амортизационные отчисления
Ааморт % 10 Стоимость 1-го часа использования ЭВМ
Вг грн. 6,5 Норма дополнительной зарплаты
Нд % 10 Отчисление на социальные мероприятия
Нсоц % 37,2 Общепроизводственные (накладные) расходы
Ннакл % 25 1 2 3 4 Транспортно-заготовительные расходы
Нтрв % 4 Время обслуживания систем ЭВМ
То час/год 180 Норма амортизационных отчислений на ЭВМ
На % 10 Отчисление на удерживание и ремонт ЭВМ
Нр % 10 3.2Расчет расходов на стадии проектирования (разработки) КД нового изделия
а) Трудоемкость разработки КД нового изделия
Для определения трудоемкости выполнения проектных работ прежде всегоскладывается перечень всех этапов и видов работ, которые должны быть выполнены(логически, упорядочено и последовательно). Нужно определить квалификационныйуровень (должности) исполнителей.
Расходы на разработку КД представляет собой оплату труда разработчиковсхемы электрической принципиальной, конструкторов и технологов.
Расчетрасходов на КД выводится методом калькуляции расходов, в основу которого положеннаятрудоемкость и заработная плата разработчиков.
а) Трудоемкость разработки КД изделия (Т) рассчитывается по формуле:
/>,                                             (3.1)
где    Татз– расходы труда на анализ техническогозадания (ТЗ), чел./час;
Трес – расходы труда на разработку электрических схем, чел./час;
Трк – расходы труда на разработку конструкции, чел./час;
Трт– расходы труда на разработку технологии, чел./час;
Токд– расходы труда на оформление КД, чел./час;
Твидз – расходы труда на изготовление и испытание опытного образца,чел./час.
Таблица 3.3 — Расчет заработной платы на разработку КД изделияВиды работ Условные обозначения
Почасовая тарифная ставка -
Сст, грн.
Фактические расходы времени
чел./час; Сдельная зарплата, грн. 1. Анализ ТЗ
Татз 4,28 2 8,56 2. Разработка электрических схем
Трес 4,28 4 17,12 3. Разработка конструкции
Трк 4,28 4 17,12 4. Разработка технологии
Трт 4,28 3 12,84 5. Оформление КД
Токд 4,28 8 34,24 6. Изготовление и испытание опытного образца
Твидз 4,28 4 17,12 ВСЕГО: å 4,28 25 107,00
 
Заработная плата на разработку КД изделия С определяется заформулой:
/>,                                                                                  (3.2)
где    /> - почасовая тарифная ставкаразработчика, грн
/> -трудоемкость разработки КД изделия (определяется в гривнях с двумя десятиннымизнаками (00,00грн.)
б) Расчет материальных расходов на разработку КД
Материальные расходы Мв, которые необходимы для разработки(создании) КД, приведенные в таблице 3.4.

Таблица 3.4 — Расчетматериальных расходов на разработку КДМатериал
Условные
обознач. Факт. количество Цена за ед., грн. Сумма, грн. 1. CD DVD диск 2 2,00 4,00 2. Бумага лист 200 0,07 14,00 3. Другие материалы å Ми - - - ВСЕГО å 18,00  ТЗР (4%) 0,72 ИТОГО Мв 18,72
 
в) Расходы на использование ЭВМ при разработке КД (если они есть).
Расходы, на использование ЭВМ при разработке КД, рассчитываются исходя израсходов работы одного часа ЭВМ по формуле. грн.:
/>,                                                 (3.3)
где    Вг – стоимость работы одного часа ЭВМ, грн.
Трес–расходы труда на разработку электрических схем, чел./час;
 Трк– расходы труда на разработку конструкции, чел./час;      
Трт– расходы труда на разработку технологии, чел./час;        
Токд– расходы труда на оформление КД, чел./час;
При этом, стоимость работы одного часа ЭВМ (других технических средств — ТЗ) Вг определяется по формуле, грн.:
/>,                                                (3.4)
где    Те/е– расходы наэлектроэнергию, грн.;
Ваморт – величина 1-го часа амортизации ЭВМ, грн.;
Зперс–почасовая зарплата обслуживающего персонала, грн.;
Трем – расходы на ремонт, покупку деталей, грн.;
Стоимость одного часа амортизации Ваморт определяется поформуле, грн.:
при 40 часовой рабочей неделе:
/>,                                             (3.5)
где    Втз — стоимость технических средств, грн.
На — норма годовой амортизации (%).
Кт — количество недель в год (52 недели/год).
Гт — количество рабочих часов в неделю (40 часов/неделю)
Почасовая оплата обслуживающего персонала Зперс рассчитывается по формуле, грн.:
/>,                                                   (3.6)
где    Окл — месячный оклад обслуживающегоперсонала, грн.
Крг — количество рабочих часов в месяц (160 часов/месяц);
Нрем-расходы на оплату труда ремонта ЭВМ (6 % Окл).
Расходы на ремонт, покупку деталей для ЭВМ Тремопределяются по формуле, грн.:
/>,                                             (3.7)
где    Втз — стоимость технических средств, грн.
Нрем — процент расходов на ремонт, покупку деталей (%);
Кт — количество недель на год (52 недели/год).
Гт — количество рабочих часов на неделю (36 ¸ 168 час./неделя)
Расходы на использование электроэнергии ЭВМ и техническими средствами Те/еопределяются по формуле, грн.:

/>,                                                                       (3.8)
где    Ве/е– стоимость одного кВт/часэлектроэнергии, грн.;
Wпот – мощность компьютера, принтера и сканера (за 1 час), (кВт/час.).
Таким образом, стоимость одного часа работы ЭВМ при разработке КД будетсоставлять (см. формулу 3.4), грн.:
/>.
Расходы на использование ЭВМ при разработке, грн. (см. формулу 3.3):
/>
г) Расчет технологической себестоимости создания КД
Расчет технологической себестоимости создания КД изделия проводитсяметодом калькуляции расходов (таблица 3.5).
Таблица 3.5 — Калькуляция технологическихрасходов на создание КД изделия
№
п/п Наименование статей
Условны
обозначения  Расходы (грн.) 1 2 3 4 1. Материальные расходы
Мв 18,72 2. Основная зарплата
Зо 107,00 3. Дополнительная зарплата
Зд 10,70 4. Отчисление на социальные мероприятия
37,2%(Зо+Зд) 43,78 5. Накладные расходы предприятия
Ннакл 16,05 6. Расходы на использование ЭВМ ВМ 18,06 7. Себестоимость КД изделия
Скд = å (1¸6) 203,61

Себестоимость разработанной конструкторской документации Скдрассчитывается как сумма пунктов 1–6. 3.3Расчет расходов на стадии производства изделия
Себестоимость изделия что разрабатывается рассчитывается на основе нормматериальных и трудовых расходов. Среди исходных данных, которые используютсядля расчета себестоимости изделия, выделяют нормы расходов сырья и основныхматериалов на одно изделие (таблица 3.6).
Таблица 3.6 — Расчет расходов на сырье и основные материалы на одноизделиеМатериалы
Норма расходов
(единиц) Оптовая цена грн./ед.
Фактические расходы
(единиц)
Сумма
грн. 1 2 3 4 5 Припой ПОС — 61 (ГОСТ 21930 — 76), кг 0,2 25,00 0,2 5,00 Лак ЭП-9114 (ГОСТ 2785-76), кг 0,1 10,00 0,1 1,00 Другие - -- - - ВСЕГО: 6,00 Транспортно-заготовительные расходы (4%) 0,24 ИТОГО: 6,24
В ходе расчета себестоимости изделия, как исходные данные, используютспецификации материалов, покупных комплектующих изделии и полуфабрикатов, чтоиспользуются при изготовления одного изделия (таблица 3.7).

Таблица 3.7 – Ведомость комплектующих элементов на усовершенствованиеохлаждения ПКНаименование Тип, марка Цена за единицу, грн. Количество Сумма, грн Поставщик Вентилятор  20x120mm, Titan TFD-12025H12B 34,72 1 34,72
www.partya.ru/
catalog/34 ВСЕГО: /> /> /> 34,72 /> Трансп.-загот. расходы (4%) 1,39 ИТОГО: 36,11
Расчет зарплаты основных производственных рабочих проводим на основе нормтрудоемкости по видам работ и почасовыми ставками рабочих Калькуляциясебестоимости и определения цены выполняется в таблице 3.9.
Таблица 3.9— Калькуляция себестоимости и определения цены изделиипо новой КД Наименование статей расходов Сумма, грн. Сырье и материалы 8,32 Покупные комплектующие изделия 36,11 Основная зарплата рабочих 53,91 Дополнительная зарплата (15%) 8,09 Отчисление на социальные мероприятия (37,2%) 23,06 Накладные расходы (25% по данным предприятия) 13,48 Производственная себестоимость 203,61 Общая стоимость блока, который проектируется 346,58
Общая стоимость на подготовку конструкторской документации и модернизациюохлаждения составляет 346,58 грн..

4. Охрана труда
Научно-технический прогресс внес серьезные изменения в условия производственнойдеятельности работников умственного труда. Их труд стал более интенсивным,напряженным, требующим значительных затрат умственной, эмоциональной ифизической энергии. Это потребовало комплексного решения проблем эргономики,гигиены и организации труда, регламентации режимов труда и отдыха.
В настоящее время компьютерная техника широко применяется во всехобластях деятельности человека. При работе с компьютером человек подвергаетсявоздействию ряда опасных и вредных производственных факторов: электромагнитныхполей (диапазон радиочастот: ВЧ, УВЧ и СВЧ), инфракрасного и ионизирующегоизлучений, шума и вибрации, статического электричества и др..
Работа с компьютером характеризуется значительным умственным напряжениеми нервно-эмоциональной нагрузкой операторов, высокой напряженностью зрительнойработы и достаточно большой нагрузкой на мышцы рук при работе с клавиатуройЭВМ. Большое значение имеет рациональная конструкция и расположение элементоврабочего места, что важно для поддержания оптимальной рабочей позычеловека-оператора.
В процессе работы с компьютером необходимо соблюдать правильный режимтруда и отдыха. В противном случае у персонала отмечаются значительноенапряжение зрительного аппарата с появлением жалоб на неудовлетворенностьработой, головные боли, раздражительность, нарушение сна, усталость иболезненные ощущения в глазах, в пояснице, в области шеи и руках.

4.1 Требования к производственным помещениям
4.1.1 Окраска и коэффициенты отражения
Окраска помещений и мебели должна способствовать созданию благоприятныхусловий для зрительного восприятия, хорошего настроения.
Источники света, такие как светильники и окна, которые дают отражение отповерхности экрана, значительно ухудшают точность знаков и влекут за собойпомехи физиологического характера, которые могут выразиться в значительномнапряжении, особенно при продолжительной работе. Отражение, включая отраженияот вторичных источников света, должно быть сведено к минимуму.
Для защиты от избыточной яркости окон могут быть применены шторы иэкраны.
В зависимости от ориентации окон рекомендуется следующая окраска стен ипола:
окна ориентированы на юг: — стены зеленовато-голубого или светло-голубогоцвета; пол — зеленый;
окна ориентированы на север: — стены светло-оранжевого илиоранжево-желтого цвета; пол — красновато-оранжевый;
окна ориентированы на восток: — стены желто-зеленого цвета; пол зеленыйили красновато-оранжевый;
окна ориентированы на запад: — стены желто-зеленого илиголубовато-зеленого цвета; пол зеленый или красновато-оранжевый.
В помещениях, где находится компьютер, необходимо обеспечить следующиевеличины коэффициента отражения: для потолка: 60-70%, для стен: 40-50%, дляпола: около 30%. Для других поверхностей и рабочей мебели: 30-40%.

4.1.2 Освещение
Правильно спроектированное и выполненное производственное освещениеулучшает условия зрительной работы, снижает утомляемость, способствует повышениюпроизводительности труда, благотворно влияет на производственную среду,оказывая положительное психологическое воздействие на работающего, повышаетбезопасность труда и снижает травматизм.
Недостаточность освещения приводит к напряжению зрения, ослабляетвнимание, приводит к наступлению преждевременной утомленности. Чрезмерно яркоеосвещение вызывает ослепление, раздражение и резь в глазах.
Неправильное направление света на рабочем месте может создавать резкиетени, блики, дезориентировать работающего. Все эти причины могут привести кнесчастному случаю или профзаболеваниям, поэтому столь важен правильный расчетосвещенности.
Существует три вида освещения — естественное, искусственное и совмещенное(естественное и искусственное вместе).
Естественное освещение — освещение помещений дневным светом, проникающимчерез световые проемы в наружных ограждающих конструкциях помещений.
Естественное освещение характеризуется тем, что меняется в широкихпределах в зависимости от времени дня, времени года, характера области и рядадругих факторов.
Искусственное освещение применяется при работе в темное время суток иднем, когда не удается обеспечить нормированные значения коэффициентаестественного освещения (пасмурная погода, короткий световой день).
Освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещениедополняется искусственным, называется совмещенным освещением.
Искусственное освещение подразделяется на рабочее, аварийное, эвакуационное,охранное. Рабочее освещение, в свою очередь, может быть общим иликомбинированным. Общее — освещение, при котором светильники размещаются вверхней зоне помещения равномерно или применительно к расположениюоборудования. Комбинированное — освещение, при котором к общему добавляетсяместное освещение.
Согласно СНиП II-4-79 в помещений вычислительных центров необходимоприменить систему комбинированного освещения.
При выполнении работ категории высокой зрительной точности (наименьшийразмер объекта различения 0,3…0,5мм) величина коэффициента естественногоосвещения (КЕО) должна быть не ниже 1,5%, а при зрительной работе среднейточности (наименьший размер объекта различения 0,5…1,0 мм) КЕО должен быть нениже 1,0%. В качестве источников искусственного освещения обычно используютсялюминесцентные лампы типа ЛБ или ДРЛ, которые попарно объединяются всветильники, которые должны располагаться над рабочими поверхностямиравномерно.
Требования к освещенности в помещениях, где установлены компьютеры,следующие: при выполнении зрительных работ высокой точности общая освещенностьдолжна составлять 300лк, а комбинированная — 750лк; аналогичные требования привыполнении работ средней точности — 200 и 300лк соответственно.
Кроме того все поле зрения должно быть освещено достаточно равномерно –это основное гигиеническое требование. Иными словами, степень освещенияпомещения и яркость экрана компьютера должны быть примерно одинаковыми, т.к.яркий свет в районе периферийного зрения значительно увеличивает напряженностьглаз и, как следствие, приводит к их быстрой утомляемости.

4.1.3 Параметры микроклимата
Параметры микроклимата могут меняться в широких пределах, в то время какнеобходимым условием жизнедеятельности человека является поддержаниепостоянства температуры тела благодаря терморегуляции, т.е. способности организмарегулировать отдачу тепла в окружающую среду. Принцип нормирования микроклимата– создание оптимальных условий для теплообмена тела человека с окружающейсредой.
Вычислительная техника является источником существенных тепловыделений,что может привести к повышению температуры и снижению относительной влажности впомещении. В помещениях, где установлены компьютеры, должны соблюдатьсяопределенные параметры микроклимата. В санитарных нормах СН-245-71 установленывеличины параметров микроклимата, создающие комфортные условия. Эти нормыустанавливаются в зависимости от времени года, характера трудового процесса ихарактера производственного помещения (см. табл. 4.1)
Таблица 4.1- Параметры микроклимата для помещений, где установлены компьютерыПериод года Параметр микроклимата Величина Холодный Температура воздуха в помещении 22…24°С Относительная влажность 40…60% Скорость движения воздуха до 0,1м/с Теплый Температура воздуха в помещении 23…25°С Относительная влажность 40…60% Скорость движения воздуха 0,1…0,2м/с
Объем помещений, в которых размещены работники вычислительных центров, недолжен быть меньше 19,5м3/человека с учетом максимального числаодновременно работающих в смену. Нормы подачи свежего воздуха в помещения, гдерасположены компьютеры, приведены в табл. 4.2.

Таблица 4.2 — Нормы подачи свежего воздуха в помещения, где расположеныкомпьютерыХарактеристика помещения
Объемный расход подаваемого в помещение свежего воздуха, м3 /на одного человека в час
Объем до 20м3 на человека Не менее 30
20…40м3 на человека Не менее 20
Более 40м3 на человека Естественная вентиляция
Для обеспечения комфортных условий используются как организационныеметоды (рациональная организация проведения работ в зависимости от времени годаи суток, чередование труда и отдыха), так и технические средства (вентиляция,кондиционирование воздуха, отопительная система).
4.1.4 Шум и вибрация
Шум ухудшает условия труда оказывая вредное действие на организмчеловека. Работающие в условиях длительного шумового воздействия испытываютраздражительность, головные боли, головокружение, снижение памяти, повышеннуюутомляемость, понижение аппетита, боли в ушах и т. д. Такие нарушения в работеряда органов и систем организма человека могут вызвать негативные изменения вэмоциональном состоянии человека вплоть до стрессовых. Под воздействием шумаснижается концентрация внимания, нарушаются физиологические функции, появляетсяусталость в связи с повышенными энергетическими затратами и нервно-психическимнапряжением, ухудшается речевая коммутация. Все это снижает работоспособностьчеловека и его производительность, качество и безопасность труда. Длительноевоздействие интенсивного шума [выше 80 дБ(А)] на слух человека приводит к егочастичной или полной потере.
В табл. 4.3 указаны предельные уровни звука в зависимости от категориитяжести и напряженности труда, являющиеся безопасными в отношении сохраненияздоровья и работоспособности.

Таблица 4.3 — Предельные уровни звука, дБ, на рабочих местахКатегория напряженности труда Категория тяжести труда Легкая Средняя Тяжелая Очень тяжелая I. Мало напряженный 80 80 75 75 II. Умеренно напряженный 70 70 65 65 III. Напряженный 60 60 - - IV. Очень напряженный 50 50 - -
Уровень шума на рабочем месте математиков-программистов и оператороввидеоматериалов не должен превышать 50дБА, а в залах обработки информации навычислительных машинах — 65дБА. Для снижения уровня шума стены и потолокпомещений, где установлены компьютеры, могут быть облицованы звукопоглощающимиматериалами. Уровень вибрации в помещениях вычислительных центров может бытьснижен путем установки оборудования на специальные виброизоляторы.
4.1.5 Электромагнитное и ионизирующее излучения
Большинство ученых считают, что как кратковременное, так и длительное воздействиевсех видов излучения от экрана монитора не опасно для здоровья персонала,обслуживающего компьютеры. Однако исчерпывающих данных относительно опасностивоздействия излучения от мониторов на работающих с компьютерами не существует иисследования в этом направлении продолжаются.
Допустимые значения параметров неионизирующих электромагнитных излученийот монитора компьютера представлены в табл. 4.4.
Максимальный уровень рентгеновского излучения на рабочем месте операторакомпьютера обычно не превышает 10мкбэр/ч, а интенсивность ультрафиолетового иинфракрасного излучений от экрана монитора лежит в пределах 10-100мВт/м2.

Таблица 4.4 — Допустимые значения параметров неионизирующихэлектромагнитных излучений (в соответствии с СанПиН 2.2.2.542-96)Наименование параметра Допустимые значения Напряженность электрической составляющей электромагнитного поля на расстоянии 50см от поверхности видеомонитора 10В/м
Напряженность магнитной составляющей электромагнитного
поля на расстоянии 50см от поверхности видеомонитора 0,3А/м
Напряженность электростатического поля не должна превышать:
для взрослых пользователей
для детей дошкольных учреждений и учащихся средних специальных и высших учебных заведений
20кВ/м
15кВ/м
Для снижения воздействия этих видов излучения рекомендуется применятьмониторы с пониженным уровнем излучения (MPR-II, TCO-92, TCO-99), устанавливатьзащитные экраны, а также соблюдать регламентированные режимы труда и отдыха.
4.2 Эргономические требования к рабочему месту
Проектирование рабочих мест, снабженных видеотерминалами, относится кчислу важных проблем эргономического проектирования в области вычислительнойтехники.
Рабочее место и взаимное расположение всех его элементов должно соответствоватьантропометрическим, физическим и психологическим требованиям. Большое значениеимеет также характер работы. В частности, при организации рабочего местапрограммиста должны быть соблюдены следующие основные условия: оптимальноеразмещение оборудования, входящего в состав рабочего места и достаточноерабочее пространство, позволяющее осуществлять все необходимые движения иперемещения.
Эргономическими аспектами проектирования видеотерминальных рабочих мест,в частности, являются: высота рабочей поверхности, размеры пространства дляног, требования к расположению документов на рабочем месте (наличие и размерыподставки для документов, возможность различного размещения документов,расстояние от глаз пользователя до экрана, документа, клавиатуры и т.д.),характеристики рабочего кресла, требования к поверхности рабочего стола,регулируемость элементов рабочего места.
Главными элементами рабочего места программиста являются стол и кресло.
Основным рабочим положением является положение сидя.
Рабочая поза сидя вызывает минимальное утомление программиста.
Рациональная планировка рабочего места предусматривает четкий порядок ипостоянство размещения предметов, средств труда и документации. То, чтотребуется для выполнения работ чаще, расположено в зоне легкой досягаемостирабочего пространства.
Моторное поле — пространство рабочего места, в котором могут осуществлятьсядвигательные действия человека.
Максимальная зона досягаемости рук — это часть моторного поля рабочегоместа, ограниченного дугами, описываемыми максимально вытянутыми руками придвижении их в плечевом суставе.
Оптимальная зона — часть моторного поля рабочего места, ограниченногодугами, описываемыми предплечьями при движении в локтевых суставах с опорой вточке локтя и с относительно неподвижным плечом.
На рис. 4.1 показан пример размещения основных и периферийных составляющихПК на рабочем столе программиста.
Для комфортной работы стол должен удовлетворять следующим условиям:
— высота стола должна быть выбрана с учетом возможности сидеть свободно,в удобной позе, при необходимости опираясь на подлокотники;
— нижняя часть стола должна быть сконструирована так, чтобы программистмог удобно сидеть, не был вынужден поджимать ноги;
— поверхность стола должна обладать свойствами, исключающими появлениебликов в поле зрения программиста;
— конструкция стола должна предусматривать наличие выдвижных ящиков (неменее 3 для хранения документации, листингов, канцелярских принадлежностей);
— высота рабочей поверхности рекомендуется в пределах 680-760мм;
— высота поверхности, на которую устанавливается клавиатура, должна бытьоколо 650мм.
Большое значение придается характеристикам рабочего кресла. Так, рекомендуемаявысота сиденья над уровнем пола находится в пределах 420-
550мм. Поверхность сиденья мягкая, передний край закругленный, а уголнаклона спинки — регулируемый.
/>

Рисунок 4.1- Размещения основных и периферийных составляющих ПК нарабочем столе программиста:
1 – сканер, 2 – монитор, 3 – принтер, 4 – поверхность рабочего стола, 5 –клавиатура, 6 – манипулятор типа «мышь».
Необходимо предусматривать при проектировании возможность различногоразмещения документов: сбоку от видеотерминала, между монитором и клавиатурой ит.п. Кроме того, в случаях, когда видеотерминал имеет низкое качествоизображения, например заметны мелькания, расстояние от глаз до экрана делаютбольше (около 700мм), чем расстояние от глаза до документа (300-450мм). Вообщепри высоком качестве изображения на видеотерминале расстояние от глазпользователя до экрана, документа и клавиатуры может быть равным.
Положение экрана определяется:
— расстоянием считывания (0,6 — 0,7м);
— углом считывания, направлением взгляда на 20˚ ниже горизонтали кцентру экрана, причем экран перпендикулярен этому направлению.
Должна также предусматриваться возможность регулирования экрана:
— по высоте +3 см;
— по наклону от -10˚ до +20˚ относительно вертикали;
— в левом и правом направлениях.
Большое значение также придается правильной рабочей позе пользователя.
При неудобной рабочей позе могут появиться боли в мышцах, суставах исухожилиях. Требования к рабочей позе пользователя видеотерминала следующие:
— голова не должна быть наклонена более чем на 20˚,
— плечи должны быть расслаблены,
— локти — под углом 80˚-100˚,
— предплечья и кисти рук — в горизонтальном положении.
Причина неправильной позы пользователей обусловлена следующими факторами:нет хорошей подставки для документов, клавиатура находится слишком высоко, адокументы — низко, некуда положить руки и кисти, недостаточно пространство дляног.
В целях преодоления указанных недостатков даются общие рекомендации:лучше передвижная клавиатура; должны быть предусмотрены специальныеприспособления для регулирования высоты стола, клавиатуры и экрана, а такжеподставка для рук.
Существенное значение для производительной и качественной работы накомпьютере имеют размеры знаков, плотность их размещения, контраст и соотношениеяркостей символов и фона экрана. Если расстояние от глаз оператора до экранадисплея составляет 60-80 см, то высота знака должна быть не менее 3мм,оптимальное соотношение ширины и высоты знака составляет 3:4, а расстояниемежду знаками – 15-20% их высоты. Соотношение яркости фона экрана и символов — от 1:2 до 1:15.
Во время пользования компьютером медики советуют устанавливать монитор нарасстоянии 50-60 см от глаз. Специалисты также считают, что верхняя частьвидеодисплея должна быть на уровне глаз или чуть ниже. Когда человек смотритпрямо перед собой, его глаза открываются шире, чем когда он смотрит вниз. Засчет этого площадь обзора значительно увеличивается, вызывая обезвоживаниеглаз. К тому же если экран установлен высоко, а глаза широко открыты,нарушается функция моргания. Это значит, что глаза не закрываются полностью, неомываются слезной жидкостью, не получают достаточного увлажнения, что приводитк их быстрой утомляемости.
Создание благоприятных условий труда и правильное эстетическое оформлениерабочих мест на производстве имеет большое значение, как для облегчения труда,так и для повышения его привлекательности, положительно влияющей напроизводительность труда.
4.3 Режим труда
Как уже было неоднократно отмечено, при работе с персональным компьютеромочень важную роль играет соблюдение правильного режима труда и отдыха. Впротивном случае у персонала отмечаются значительное напряжение зрительногоаппарата с появлением жалоб на неудовлетворенность работой, головные боли,раздражительность, нарушение сна, усталость и болезненные ощущения в глазах, впояснице, в области шеи и руках.
В табл. 4.5 представлены сведения о регламентированных перерывах, которыенеобходимо делать при работе на компьютере, в зависимости от продолжительностирабочей смены, видов и категорий трудовой деятельности с ВДТ (видеодисплейныйтерминал) и ПЭВМ (в соответствии с САнНиП 2.2.2 542-96 «Гигиенические требованияк видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам иорганизации работ»).
Таблица 4.5 — Время регламентированных перерывов при работе на компьютереКатегория работы с ВДТ или ПЭВМ
Уровень нагрузки за
рабочую смену при
видах работы с ВДТ, количество знаков
Суммарное время
регламентированных перерывов, мин
При 8-часовой
смене
При 12-часовой
смене Группа А до 20000 30 70 Группа Б до 40000 50 90 Группа В до 60000 70 120
Примечание. Время перерывов дано при соблюдении указанныхСанитарных правил и норм. При несоответствии фактических условий труда требованиямСанитарных правил и норм время регламентированных перерывов следует увеличитьна 30%.
В соответствии со САнНиП 2.2.2 546-96 все виды трудовой деятельности,связанные с использованием компьютера, разделяются на три группы: группа А:работа по считыванию информации с экрана ВДТ или ПЭВМ с предварительнымзапросом; группа Б: работа по вводу информации; группа В: творческая работа врежиме диалога с ЭВМ.
Эффективность перерывов повышается при сочетании с производственнойгимнастикой или организации специального помещения для отдыха персонала судобной мягкой мебелью, аквариумом, зеленой зоной и т.п.
4.4 Расчет освещенности
Расчет освещенности рабочего места сводится к выбору системы освещения,определению необходимого числа светильников, их типа и размещения. Исходя изэтого, рассчитаем параметры искусственного освещения.
4.4.1 Расчет искусственного освещения
Обычно искусственное освещение выполняется посредством электрическихисточников света двух видов: ламп накаливания и люминесцентных ламп. Будемиспользовать люминесцентные лампы, которые по сравнению с лампами накаливанияимеют ряд существенных преимуществ:
— по спектральному составу света они близки к дневному, естественномусвету;
— обладают более высоким КПД (в 1,5-2 раза выше, чем КПД ламп накаливания);
— обладают повышенной светоотдачей (в 3-4 раза выше, чем у ламп накаливания);
— более длительный срок службы.
Расчет освещения производится для комнаты площадью 15м2,ширина которой — 5м, высота — 3 м. Воспользуемся методом светового потока.
Для определения количества светильников определим световой поток, падающийна поверхность по формуле:
F = E∙S∙Z∙К / n, (4.1)

где    F — рассчитываемый световой поток, Лм;
Е — нормированная минимальная освещенность, Лк (определяется по таблице).Работу программиста, в соответствии с этой таблицей, можно отнести к разрядуточных работ, следовательно, минимальная освещенность будет Е = 300Лк;
S — площадь освещаемого помещения (в нашем случае S = 15м2);
Z — отношение средней освещенности к минимальной (обычно принимаетсяравным 1,1-1,15, пусть Z = 1,1);
К — коэффициент запаса, учитывающий уменьшение светового потока лампы врезультате загрязнения светильников в процессе эксплуатации (его значениезависит от типа помещения и характера проводимых в нем работ и в нашем случае К= 1,5);
n — коэффициент использования, (выражается отношением светового потока,падающего на расчетную поверхность, к суммарному потоку всех ламп и исчисляетсяв долях единицы; зависит от характеристик светильника, размеров помещения,окраски стен и потолка, характеризуемых коэффициентами отражения от стен (РС) ипотолка (РП)), значение коэффициентов РС и РП были указаны выше: РС=40%,РП=60%. Значение n определим по таблице коэффициентов использования различныхсветильников.
Для этого вычислим индекс помещения по формуле:
I = A∙B / h (A+B), (4.2)
где h — расчетная высота подвеса, h = 2,92 м;
A — ширина помещения, А = 3 м;
В — длина помещения, В = 5 м.
Подставив значения получим:
I= 0,642.
Зная индекс помещения I, по таблице 7 [23] находим n = 0,22.
Подставим все значения в формулу (4.1) для определения светового потокаF, получаем F = 33750 Лм.
Для освещения выбираем люминесцентные лампы типа ЛБ40-1, световой потоккоторых Fл = 4320 Лм.
Рассчитаем необходимое количество ламп по формуле:
N = F / Fл, (4.3)
где    N — определяемое число ламп;
F — световой поток, F = 33750 Лм;
Fл — световой поток лампы, Fл = 4320 Лм.
N = 8 ламп.
При выборе осветительных приборов используем светильники типа ОД. Каждыйсветильник комплектуется двумя лампами.
Значит требуется для помещения площадью S = 15 м2 четыресветильника типа ОД.
4.4.2 Расчетестественного освещения помещений
Организация правильногоосвещения рабочих мест, зон обработки и производственных помещений имеетбольшое санитарно-гигиеническое значение, способствует повышению продуктивностиработы, снижения травматизма, улучшения качества продукции. И наоборот,недостаточное освещение усложняет исполнения технологического процесса и можетбыть причиной несчастного случая и заболевания органов зрения.
Освещение должноудовлетворять такие основные требования:
— быть равномерным идовольно сильным;
— не создавать различныхтеней на местах работы, контрастов между освещенным рабочем местом и окружающейобстановкой;
— не создавать ненужнойяркости и блеска в поле взора работников;
— давать правильноенаправление светового потока;
Все производственныепомещения необходимо иметь светлопрорезы, которые дают достаточное природноеосвещение. Без природного освещения могут быть конференц-залы заседаний,выставочные залы, раздевалки, санитарно-бытовые помещения, помещения ожиданиямедицинских учреждений, помещений личной гигиены, коридоры и проходы.
Коэфициент естественногоосвещения в соответствии с ДНБ В 25.28.2006, для нашого III пояса световогоклимата составляет 1,5.
Исходя из этогопроизведем расчет необходимой площади оконных проемов.
Расчет площади окон при боковом освещении определяется, по формуле:
Sо = (Ln*Кз.*N0*Sn*Кзд.)/(100*T0*r1) (4.4)
где:   Ln –нормированное значение КЕО
Кз –коэффициент запаса (равен 1,2)
N0– световаяхарактеристика окон
Sn – площадьдостаточного естественного освещения
Кзд. –коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями
r1 – коэффициент,учитывающий повышение КЕО при боковом освещении
T0– общийкоэффициент светопропускания, который рассчитывается по формуле:
T0= T1 * T2 * T3 * T4* T5, (4.5)
где    T1 – коэффициент светопропускания материала;
T2 – коэффициент, учитывающий потери света в переплетахсветопроема;
T3 – коэффициент, учитывающий потери света в несущихконструкциях;
T4 – коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитныйустройствах;
T5 – коэффициент, учитывающий потери света в защитной сетке,устанавливаемой под фонарями, принимается равным 1;
Теперь следует рассчитать боковое освещение для зоны, примыкающей кнаружной стене. По разряду зрительной работы нужно определить значение КЕО. КЕО= 1,5 нормированное значение КЕО с учетом светового климата необходимовычислить по формуле:
Ln=l*m*c, (4.6)
где l – значение КЕО (l=1.5);
m – коэффициент светового климата (m=1);
c – коэффициент солнечности климата (c=1)
Ln=1,5
Теперь следует определить отношение длины помещения Ln кглубине помещения B:
Ln/B=3/5 =0,6;
Отношение глубины помещения В к высоте от уровня условной рабочейповерхности до верха окна h1 (в данном случае h1=1,8):
B/h1=5/1,8 = 2,77.
Световая характеристика световых проемов N0=9.
Кзд=1
Значение T0=0,8*0,7*1*1*1=0,56.
Ln для 4 разряда зрительных работ равен 1,5 при мытье окон двараза в год.
Определяем r1, r1=1,5.
Кз.=1,2.
Теперь следует определить значение Sп:
Sп=Ln*В=3*10=30 м2.
Кзд.=1.
На данном этапе следует рассчитать необходимую площадь оконных проемов:(Ln* Кз.*N0*Sn*Кзд.) /(100*T0*r1)
Sо = (1,5*1,2*9*30*1)/(100*0,56*1,5)=486/84= 5,78 м2;
Принимаем количество окон 1 штука:
S1=5,78 м2 площадь одного окна
Высота одного окна составляет – 2,4 м, ширина 2,4 м.
4.5 Расчет вентиляции
В зависимости от способаперемещения воздуха вентиляция бывает естественная и принудительная.
Параметры воздуха,поступающего в приемные отверстия и проемы местных отсосов технологических идругих устройств, которые расположены в рабочей зоне, следует принимать всоответствии с ГОСТ 12.1.005-76. При размерах помещения 3 на 5 метров и высоте3 метра, его объем 45 куб.м. Следовательно, вентиляция должна обеспечиватьрасход воздуха в 90 куб.м/час. В летнее время следует предусмотреть установкукондиционера с целью избежания превышения температуры в помещении для устойчивойработы оборудования. Необходимо уделить должное внимание количеству пыли ввоздухе, так как это непосредственно влияет на надежность и ресурс эксплуатацииЭВМ.
Мощность (точнее мощность охлаждения)кондиционера является главной его характеристикой, от неё зависит на какойобъем помещения он рассчитан. Для ориентировочных расчетов берется 1 кВт на 10 м2 при высоте потолков 2,8 – 3 м (в соответствии со СНиП2.04.05-86 «Отопление, вентиляция и кондиционирование»).
Для расчета теплопритоков данногопомещения использована упрощенная методика:
Q=S·h·q (4.8)
где:   Q – Теплопритоки
S – Площадь помещения
h – Высота помещения
q – Коэффициент равный 30-40 вт/м3(в данном случае 35 вт/м3)
Для помещения 15 м2 ивысотой 3 м теплопритоки будут составлять:
Q=15·3·35=1575 вт
Кроме этого следует учитыватьтепловыделение от оргтехники и людей, считается (в соответствии со СНиП 2.04.05-86 «Отопление,вентиляция и кондиционирование») что в спокойном состоянии человеквыделяет 0,1 кВт тепла, компьютер или копировальный аппарат 0,3 кВт, прибавивэти значения к общим теплопритокам можно получить необходимую мощностьохлаждения.
Qдоп=(H·Sопер)+(С·Sкомп)+(P·Sпринт)(4.9)
где:   Qдоп – Суммадополнительных теплопритоков
C – Тепловыделение компьютера
H – Тепловыделение оператора
D – Тепловыделение принтера
Sкомп – Количество рабочихстанций
Sпринт – Количествопринтеров
Sопер – Количествооператоров
Дополнительные теплопритоки помещениясоставят:
Qдоп1=(0,1·2)+(0,3·2)+(0,3·1)=1,1(кВт)
Итого сумма теплопритоков равна:
Qобщ1=1575+1100=2675 (Вт)
В соответствии с данными расчетами необходимо выбрать целесообразнуюмощность и количество кондиционеров.
Для помещения, для которого ведется расчет, следует использовать кондиционерыс номинальной мощностью 3,0 кВт.
4.6 Расчет уровня шума
Одним из неблагоприятных факторов производственной среды в ИВЦ являетсявысокий уровень шума, создаваемый печатными устройствами, оборудованием длякондиционирования воздуха, вентиляторами систем охлаждения в самих ЭВМ.
Для решения вопросов о необходимости и целесообразности снижения шуманеобходимо знать уровни шума на рабочем месте оператора.
Уровень шума, возникающий от нескольких некогерентных источников,работающих одновременно, подсчитывается на основании принципа энергетическогосуммирования излучений отдельных источников:

∑L = 10·lg (Li∙n), (4.10)
где    Li – уровень звукового давления i-го источника шума;
n – количество источников шума.
Полученные результаты расчета сравнивается с допустимым значением уровняшума для данного рабочего места. Если результаты расчета выше допустимогозначения уровня шума, то необходимы специальные меры по снижению шума. К нимотносятся: облицовка стен и потолка зала звукопоглощающими материалами,снижение шума в источнике, правильная планировка оборудования и рациональнаяорганизация рабочего места оператора.
Уровни звукового давления источников шума, действующих на оператора наего рабочем месте представлены в табл. 4.6.
Таблица 4.6 — Уровни звукового давления различных источниковИсточник шума Уровень шума, дБ Жесткий диск 40 Вентилятор 45 Монитор 17 Клавиатура 10 Принтер 45 Сканер 42
Обычно рабочее место оператора оснащено следующим оборудованием:винчестер в системном блоке, вентилятор(ы) систем охлаждения ПК, монитор, клавиатура,принтер и сканер.
Подставив значения уровня звукового давления для каждого вида оборудованияв формулу (4.4), получим:
∑L=10·lg(104+104,5+101,7+101+104,5+104,2)=49,5 дБ

Полученное значение не превышает допустимый уровень шума для рабочегоместа оператора, равный 65 дБ (ГОСТ 12.1.003-83). И если учесть, что вряд литакие периферийные устройства как сканер и принтер будут использоватьсяодновременно, то эта цифра будет еще ниже. Кроме того при работе принтеранепосредственное присутствие оператора необязательно, т.к. принтер снабженмеханизмом автоподачи листов.

Выводы
В работе рассмотрена актуальная тема — регулировка охлаждения компьютерныхсистем.
В процессе выполнения работы были рассмотрены теоретические вопросыохлаждения компьютерных систем, движение воздушных потоков при различныхсистемах охлаждения, сравнительная характеристика использования активной ипассивной систем охлаждения.
Производительность компьютерных систем повышается, значит повышается инагрев элементов схем компьютерных систем, а следствием и увеличиваетсятемпература внутри компьютера. При увеличении температуры начинаются и отказынекоторых элементов.
В работе рассматриваются различные виды охлаждения компьютерных систем,начиная от самого простейшего – пассивного и заканчивая самым дорогим видомохлаждения, используя элементы Пельтье.
Воздушное охлаждение компьютера, на современном этапе, является наиболееприемлимым для рядового пользователя. Но воздушное охлаждение обладает рядомнедостатков. В первую очередь это уровень шума. Чем больше мы добавляемвентиляторов в систему, тем выше уровень шума. Второй недостаток – притоквнешней пыли.
На современном этапе используются водяное, криогенное и нитрогенноеохлаждение. Но каждый вид охлаждения обладает рядом достоинств и недостатков.Проведя технико-экономический анализ различных видов охлаждения, мы решили вкомпьютерную систему добавить вентилятор и рассчитали затраты на установкудополнительного вентилятора и термореле, которое выключает вентилятор приснижении температуры внутри компьютера.
Общая стоимость на разработку КД и установку вентилятора составила 346,58грн.
В последнем разделе работы рассмотрены вопросы охраны труда.

Перечень ссылок
1. Соломенчук В., Соломенчук П. Железо ПК 2010- Петербург, 2010, 448 с.
2. Айден, Фибельман, Крамер. Аппаратные средства РС.Энциклопедия аппаратных ресурсов персональных компьютеров. «BHV-СПБ»,Санкт-Петербург,2006.
3. Мушкетов Р. Обзорвозможных неисправностей ПК (2010) – К., 2010, 248с.
4. Стивен Симрин. Библия DOS,«Impuls Software».
5. Михаил Гук. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия.«Питер», сП-Б — М., Харьков, Минск, 2000.
6. Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт персональныхкомпьютеров. «БИНОМ», М., 2010.- 414с.
7.Пономарев В… НЕТБУК: выбор, эксплуатация, модернизация-БХВ-Петербург, 2009 – 432с.
8. Косцов А., Косцов В.Железо ПК.Настольная книга пользователя – М, Мартин, 2010, 475с.
9. А. Пилгрим. Персональный компьютер. Книга 2. Модернизацияи ремонт. BHV, Дюссельдорф, Киев, М., сПБ,1999.
10. Персональный компьютер. Книга 3. «Питер пресс»,Дюссельдорф, Киев, М., СПб, 1999.
11. В. П. Леонтьев. Новейшая энциклопедия персональногокомпьютера 2003. «ОЛМА-ПРЕСС, М., 2003.
12. Ю.М.Платонов, Ю. Г. Уткин. Диагностика, ремонт и профилактика персональныхкомпьютеров. М.,”Горячая линия-Телеком”, 2009.
13. Л. Н.Кечиев, Е. Д. Пожидаев „Защита электронных средств от воздействиястатического электричества“ – М.: ИД „Технологии“, 2005.
14. ЖидецкийВ.Ц., Джигирей В.С., Мельников А.В. Основы охраны труда: Учебник – Львов,Афиша, 2008 – 351с.
15. ДенисенкоГ.Ф. Охрана труда: Учебн.пособие – М., Высшая школа, 1989 – 319с.
16. СамгинЭ.Б. Освещение рабочих мест. – М.: МИРЭА, 1989. – 186с.
17.Справочная книга для проектирования электрического освещения. / Под ред. Г.Б.Кнорринга. – Л.: Энергия, 1976.
18. Борьба сшумом на производстве: Справочник / Е.Я. Юдин, Л.А. Борисов;
Под общ. ред.Е.Я. Юдина – М.: Машиностроение, 1985. – 400с., ил.
19. ЗинченкоВ.П. Основы эргономики. – М.: МГУ, 1979. – 179с.
20.Методичні вказівки довиконання дипломної роботи для учнів спеціальності «Оператор комп’ютерногонабору; оператор комп’ютерної верстки»/ Упоряд.: Д.О. Дяченко, К.О. Ізмалкова,О.Г. Меркулова. – Сєверодонецьк: СВПУ, 2007. – 40 с.
21.Сергей Симонович,Георгий Евсеев Компьютер и уход за ним — К., Узгода, 2008 – 452с.
22. Орлов В.С.Материнская плата – М., НАУКА, 2008 – 352с.
23. Как разогнатьпроцессор (Видеокурс)- 2010,37,52 Мб [Видео]
24. Скотт Мюллер Модернизация и ремонт ПК.16-е изд., — М., Вильямс, 2010 – 669с.