zwei Probleme
Gehäuselüftung

Netzteillüfter

Fazit

• 2 Netzteil-Lüfter
• 2 Gehäuse-Lüfter
• 1 CPU-Lüfter
• 1 Chipsatz-Lüfter
• 1 VGA-Lüfter
• 2 Festplatten-Lüfter

Im ersten Schritt wird die Wärme an die Innenluft des PC-Gehäuses übergeben. Dazu dienen diverse Kühlkörper in Verbindung mit CPU/VGA/Chipsatz-Lüftern. All diese Kühler arbeiten besonders effektiv, wenn die Luft im Gehäuse des PC möglichst kalt ist. Als maximale Innentemperatur sollte 40°C gelten, da bei einer höheren Dauertemperatur einige Bauteile (Elkos auf dem Mainboard, Festplatte...) eine deutlich verkürzte Lebenserwartung haben.

Im zweiten Schritt wird die erwärmte Innenluft gegen Frischluft ausgetauscht. Dadurch wird verhindert, dass die Innentemperatur im PC über besagte 40°C steigt. Dieser Luftaustausch erfolgt hauptsächlich durch die Netzteil-Lüfter mit Unterstützung durch Gehäuselüfter.

• Ein PC für Office-Anwendungen und für's Internet ist auch mit der langsamsten heute erhältlichen CPU und der billigsten Grafikkarte ausreichend motorsiert. So ein Gerät benötigt etwa 100W.
• Ein durchschnitts-PC mit flotter CPU und durchschnittlicher Grafikkarte ist mit 150W zufrieden.
• Der Power-Gamer-High-End-PC verbraucht bis zu 300W und hat damit die größten Kühlpropbleme.

Natürlich haben alle PCs 300W-Netzteile (mit Ausnahme des Compaq, der VDR und der Fileservers), um auch bei Lastspitzen eine stabile Spannung zu liefern. Da aber die Netzteile kaum mehr als 100W in den PC abgeben müssen, laufen sie nicht im Arbeitsbereich hoher Effizienz. Wie auch immer, in den meisten PCs wird heutzutage nicht mehr als 150W Wärme erzeugt, die an die Zimmerluft abzuführen ist. Bei Power-Gamer-PCs mit Monster-3D-VGA und Raid-System mögen es 200W mehr sein.

Beeindruckend ist die geringe Leistungsaufnahme des (schon etwas angegrauten) Office-PCs von Compac, die damals durch gezielte Reduzierung auf das nötige erreichbar war. Dieser PC stand lange Zeit auf meinem Schreibtisch und war fast unhörbar.

Erstaunlich ist auch die geringe Ruhe-Leistungsaufnahme des "Fileservers 2" mit Athlon64X2 4550E. Die cool-and-quiet-Funktion des AMD-Prozessors leistet ganze Arbeit, und trotzdem steht bei Bedarf eine erheblich Rechenpower zur Verfügung.

Der für die Kühlung nötige Luftstrom hängt von der Gesamtleistungsaufnahme des PC und der Differenztemperatur (zwischen Umgebungsluft und PC-Innenraum) ab. Bei 25°C Raumtemperatur und 40°C Innentemperatur beträgt die Differenz also 15° (oder besser 15 K). Mit folgender Formel kann der nötige Luftstrom (in Kubikmetern pro Stunde) überschlägig berechnet werden:

Damit kann man die folgenden nötigen Luftströme für typische Situationen errechnen. Um auf der sicheren Seite zu sein, setze ich die Leistungsaufnahme mit 150% der real gemessenen Maximalwerte an:
 

nötiger Kühl-Luftstrom in qm/h

Typ sekundäre Leistung	Office-PC mit 150 W	Standard-PC mit 200 W	PowerGamer-PC mit 300 W	LinVDR mit 112 W
Gesamtaufnahme primär	180 W	240 W	360 W	135 W
Luftstrom bei 10K Differenz	50	67	100	38
Luftstrom bei 15K Differenz	34	45	68	26
Luftstrom bei 20K Differenz	25	34	50	19

Mein Standard-PC muss also stündlich von 45 Kubikmetern Luft durchströmt werden. Wenn im Sommer die Raumtemperatur auf 30°C ansteigt, ist ein Luftstrom von 67 Kubikmetern stündlich erforderlich.
Die Einheit 'Kubikmeter/Stunde' ist nicht zufällig gewählt. Mit dieser Einheit wird die Förderkapazität von Lüftern angegeben. Lüfter werden in Standardgrößen produziert, und haben in etwa folgende Förderkapazität:
 

typische Luftfördermenge v von Standardlüftern in qm/h

Drehzahl ('Lärm'-Frequenzen) \ Typ	40 mm	60 mm	80 mm	92 mm	120 mm
2000 rpm (33Hz / 233Hz)	-	-	44..45	55..70	100
3000 rpm (50Hz / 350Hz)	-	-	60..70	110	150
4000 rpm (66Hz / 466Hz)	-	30...35	-	-	-
6000 rpm (100Hz / 700Hz)	11...13	-	-	-	-
Näherungsformel	v = rpm x 0,002	v = rpm x 0,0082	v = rpm x 0,022	v = rpm x 0,036	v = rpm x 0,0585

Mein Standard-PC lässt sich also mit einem 80-mm-Lüfter bei einer Drehzahl von 3000 rpm problemlos lüften. So ein Lüfter ist in jedem PC ohnehin eingebaut: der Netzteillüfter. Die angegebene Förderleistung gilt aber nur, wenn der Luftstrom nicht behindert ist, das ist er aber. Billignetzteile haben kein separates Lüftergitter, stattdessen muss der Lüfter die Luft durch gestanzte Schlitze im Netzteilgehäuse pressen. Das geht auf Kosten der Förderleistung.

Durch den Strömungswiderstand z.B. eines Gehäuses entsteht hinter dem Lüfter ein höherer Luftdruck als vor dem Lüfter. Dieser Differenzdruck steigt mit dem konstruktionsbedingen Strömungswiderstand aber auch mit der Stärke des Luftstromes an. Die Luftfördermengen der Lüfter werden für die Druckdifferenz 0 angegeben. Schon eine Druckdifferenz von 10 Pa (1mm Wassersäule = 1 zehntausendstel Athmosphäre) reduziert die Luftfördermenge eine mit 2000 rpm laufenden 12cm-Axial-Lüfters um ein Drittel.
Im Interesse eines geringen Strömungswiderstandes sollte das PC-Innere möglichst 'aufgeräumt' sein. Insbesondere Flachbandkabel sollten nicht im Luftstrom liegen. Außerdem sollte der Lüfter immer in Richtung der natürlichen Wärmeströmung arbeiten, also von unten nach oben.

Die Luft, die der PC aus dem Gehäuse saugt, muss ja auch irgentwie in das Gehäuse hineingelangen. Dazu sollte ein Lufteinlass im unteren Teil des Gehäuses vorgesehen werden. Zur Verminderung des Strömungswiderstandes kann dieser Einlass mit einem Gehäuselüfter bestückt werden, der Luft in das Gehäuse presst. Das hilft nicht nur, den benötigten Luftstrom zu sichern, es schützt auch Disketten- und CD/DVD-Laufwerke vor Verschmutzung. Meist saugt der Netzteillüfter nämlich auch Luft durch die Schlitze der Laufwerke in das Gehäuse, wodurch sich große Mengen Staubflusen in den Laufwerken ansammeln. Wer den Gehäuse(be)lüfter mit einem Staubfilter versieht leistet ganze Arbeit.
Gut ist ein (Be)Lüfter im unteren Teil des PC. Hier gibt es oft Einbauorte im Frontbereich, die aber akustisch nicht ideal sind.

Wer seine passiv gekühlte AGP-VGA-Karte besser kühlen will, entfernt einfach das Slotblech vom ersten (obersten) PCI-Slot, und steckt dort keine PCI-Karte ein. Dann fließt die einströmende, kühle Luft über die VGA-Karte.

Num Thema Netzteil-Lüfter
Bei Netzteilen gibt es gewaltige Preisunterschiede. Zum einen gibt es komplette Gehäuse mit eingebautem 300-W-Netzteil für unter 40 €, auf der anderen Seite kann man über 100 € für ein einzelnes 300-W-Netzteil ausgeben. Die preisbestimmenden Unterschiede liegen nicht nur in der Zuverlässigkeit und der Qualität der abgegebenen Spannungen, sondern auch im Lüfterkonzept.
Billignetzteile besitzen nur einen Lüfter auf der Rückseite, der manchmal noch nicht einmal geregelt ist. Der läuft dann mit einer hohen Drehzahl, die dafür berechnet ist, das Netzteil bei Maximallast zu kühlen. So ein Netzteil ist schnell die größte Lärmquelle im PC.

Bessere Netzteile sind mit einem temperaturgeregelten Lüfter ausgestattet. Das reduziert die Lärmbelastung enorm. Sehr gut für Towergehäuse sind Netzteile mit 2 geregelten Lüftern (z.B. Enermax): einen an der Rückseite und einen an der Unterseite. Der untere Lüfter (92mm) saugt warme Luft aus dem Gehäuse des PC in das Netzteil, der hintere Lüfter (80mm) drückt diese Luft (nachdem sie das Netzteil gekühlt hat) aus dem PC hinaus. Der untere Lüfter saugt dabei die Luft in unmittelbarer Nähe der CPU und der Spannungsregler ab, das hilft die Temperatur im Gehäuse gering zu halten. Damit übernimmt das Netzteil auch die Arbeit des Gehäuse(ent)lüfters. Dieser kann also meistens entfallen. Damit fällt auch eine zusätzliche Lärmquelle im PC weg.

Die Firma FSP (Fortron/Source) hat das ganze noch einmal verbessert, und bietet nun Netzteile mit einem 12-cm-Lüfter an der Unterseite an. Bei den Ausmaßen des großen Quirls bleibt zwar kein Platz für einen zweiten Lüfter, der hohe Durchsatz des großen Exemplars macht einen Zweitlüfter aber auch überflüssig. Das links abgebildete Netzteil FSP300-60PN(PF) soll unter Nominallast einen Geräuschpegel von kaum warnehmbaren 20dB haben  In meinem PC habe ich es als Ersatz für ein Enermax-Doppellüfter-Netzteil eingebaut. Bei unveränderter CPU- und Gehäusetemperatur, bewirkte das eine deutliche Geräuschreduzierung. Das Konzept scheint aufzugehen. Es gibt inzwischen auch Modifikationen mit einem gummigelagerten extraleisen Papst-Lüfter, sowie Netzteile mit einem 14-cm-Lüfter.

Zum Thema Lärm:
Auf dem Datenblatt ist ein mit 4000 rpm drehender 60-mm-Lüfter genauso laut wie ein mit 2000 rpm drehender 92-mm-Lüfter. Das mag bezogen auf den Schalldruckmesswert sogar stimmen, aber das Geräusch des 92-mm-Lüfters hat eine viel tiefere Frequenz, und wird desshalb weniger unangenehm empfunden. Neben der höheren (in diesem Fall doppelten) Förderleistung spricht also vor allem die verringerte Lärmbelastung für möglichst große Lüfter.
Bei gleicher Geräuschpegel von 25 dB(A) fördert ein 12-cm-Lüfter ca. 90qm/h, ein 8-cm-Lüfter ca. 60qm/h und ein 6-cm-Lüfter ca. 30qm/h.
Die kräftigen Antriebe der 12-cm-Lüfter verursachen aber ein vergleichsweise lautes Rumpeln, was bei geringen Drehzahlen störend wirkt. Unter 20 dB(A) kommt man mit so einem großen Quirl deshalb nicht. Superleise low-power-Wohnzimmer-PCs sind deshalb mit langsamdrehenden 8-cm-Lüftern besser ausgerüstet, normal-starke PCs lassen sich dagegen mit 12-cm-Lüftern am effektivsten beruhigen.

Zum Thema Temperaturregelung
Netzteillüfter sind heute oft temperaturgeregelt. Gute Netzteile messen dafür auch die Temperatur der aus dem Gehäuse ins Netzteil gesaugten Luft, und erhöhen die Lüfterdrehzahl, wenn sich der Rechner erwärmt. Dadurch bleibt die Gehäuseinnentemperatur weitestgehend stabil.
Es ist nicht unbedingt empfehlenswert, mehr als einen temperaturgeregelten Lüfter im PC zu haben. Wenn z.B. Netzteillüfter, Gehäuselüfter und CPU-Lüfter jeweils unabhängig voneinander ihre Drehzahl anhand der Temperatur ändern, dann stören sich die Regelungen gegenseitig, was zu nervenden, unmotivierten Drehzahländerungen aller Lüfter im PC führen kann.
Wer mehrere temperaturgeregelte Lüfter in seinem PC betreiben will, sollte alle von einem Gerät steuern lassen. Es gibt z.B. Netzteile, die auch Gehäuselüfter mitregeln können.

Zusammenfassung:
Zur Stabilisierung der Gehäuseinnentemperatur dient ein geregelter Netzteillüfter, der seine Drehzahl im Bereich von 1500 bis 3000 rpm verändert, und damit die Temperatur im Gehäuse auch unter Vollast unter 40°C hält. Ein hochwertiges Markennetzteil mit einem 12cm-Lüfter (bzw. mit zwei Lüftern a 80/92 mm) ist in den meisten Fällen ausreichend, ein Gehäuse zu entlüften. Wichtig ist, dass das Netzteil eine Luftansaugöffnung an der Unterseite besitzt.
Bei Notwendigkeit kann ein zusätzlicher Gehäuselüfter (möglichst ungeregelt, mit großem Durchmesser und niedriger Drehzahl) den Netzteillüfter unterstützen. Falls ein Netzteil mit nur einem einzelnen 80-mm-Lüfter an der PC-Rückseite verwendet wird, sollte ein Gehäuselüfter verwendet werden, um die warme Luft von CPU-Kühler und Spannungsreglern direkt abzusaugen.

Wird das Netzteil weniger belastet, so sinkt natürlich auch der Verlust im Netzteil, aber leider nicht proportional - der Wirkungsgrad des Netzteils ist im Teillastbereich deutlich schlechter als 70%. Bei einer Last von unter 10% sinkt der Wirkungsgrad dramatisch ab.
 

Beispiel:
Ich habe einen Fileserver aufgebaut:

• Via-EPIA-Board (600MHz, passiv gekühlt)
• 40-GB-Notebookfestplatte für das Betriebssystem
• 3 x 250-GB-HD als Software-RAID5 für die Daten

Als ich im PC-Laden ein leises, leistungsschwaches Netzteil verlangte, konnte man mir nur ein (nicht billiges) 350W-Be-Quiet-Netzteil anbieten. Etwas Kleineres gab es nicht mehr (Stand Sommer 2005). Bei abgeschaltetem RAID lag die primäre Leistungsaufnahme (also am Netzkabel) des PC nun bei 41W, das entspricht einem Wirkungsgrad von nur 36..25%!!
Ich tauschte das 350W-Netzteil gegen ein mehrere Jahre altes 150W-Netzteil aus, und die primäre Leistungsaufnahme sank auf 29W (immerhin 51 .. 35% Wirkungsgrad). Das 150W-Netzteil hat bei geringer Ausgangslast also 12W weniger interne Verluste, und lässt sich deshalb auch deutlich leiser betreiben (man muss natürlich einen zeitgemäßen, leisen Lüfter anbasteln).
Da die Leistungsaufnahme des Fileservers selbst während des Hochfahrens des RAID-Systems niemals 90W erreicht, ist das 150W-Netzteil hier eindeutig die bessere Wahl.

Ein Netzteil sollte also auch nie zu sehr überdimensioniert werden.

Beispiel: Wenn der Chip nur 70°C warm werden darf (Athlon64, P4) dann darf bei einem Strom von 70W nur ein Temperaturunterschied von 30 Kelvin abfallen. (Ich gehe immer von einer PC-Gehäuseinnentemperatur von 40°C aus.) Demzufolge darf die Kühlkonstruktion nur einen Wärmewiederstand von maximal 0,43 K/W haben (30K/70W). AMD erlaubt für die Athlon XP eine Chiptemperatur von 85°C (hier behindert kein Heatspreader den Wärmefluss) und ist dann mit einer Kühlkonstruktion von 0,65 K/W zufrieden (45K/70W).
Ein Core2Duo-E6600 nimmt zwar etwas weniger Leistung auf (65W) darf sich aber nur bis zu 60.1ºC erhitzen. Deshalb muss seine Kühlung die Wärme doppelt so gut abführen (0.31 K/W).

Die nachfolgende Tabelle zeigt noch einmal einige Beispiele. Ein VIA Eden ist gerade noch passiv kühlbar. Die 32-bittigen Athlon XP lassen sich einfach kühlen. Der Athlon 64 und langsame Intel-CPUs sind schon kritischer (wohl wegen des zusätzlichen Wärmewiderstandes des Heatspreaders). Hohe Ansprüche stellen moderne Intel-CPUs an die Kühlkonstruktion.
Es gibt zwar in der Zwischenzeit noch eine ganze Reihe weiterer CPUs , aber auch deren TDP geht in der Regel kaum über 125W. Dank modernem Powermanagement ist ein Intel i5-2550K (TDP=95W) die meiste Zeit deutlich kühler als ein alter Athlon XP2500 (TDP=68W). Trotzdem muss natürlich der Kühlkörper für die Spitzenlast ausgelegt werden.

Prozessor	Wärmeentwicklung (TDP)	max. Chiptemperatur	zulässiger Wärmewiderstand
VIA Eden ESP 1GHz	7 W	85°C	6,4 K/W
VIA C3 1.4 GHz	21 W	85°C	2,1 k/W
Athlon XP 2500+	68 W	85°C	0,66 k/W
Athlon XP 3200+	77 W	85°C	0,58 K/W
Athlon 64 FX-51/53	89 W	70°C	0,33 K/W
Celeron 335/330/325	73 W	67°C	0,37 K/W
Pentium 4 3GHz	82 W	70°C	0,36 K/W
Core2Duo E6600	65 W	60,1°C	0.31 K/W
Pentium 4 EE 3,4 GHz	103 W	67°C	0,26 K/W
Pentium 4 530 (3GHz)	84 W	65°C	0,29 K/W
Pentium 4 560 (3,6GHz)	115W	73°C	0,28 K/W

Der Wärmewiderstand ist die Summe aus dem Wärmewiderstand des eigentlichen Kühlkörpers und dem Wärmewiderstand des Wärmeleitpads bzw. der Wärmeleitpaste.

Pad oder Paste
Bei Pad und Paste ist der Präfix "Wärmeleit-" eigentlich irreführend. Verglichen mit dem Metall des Kühklkörpers leiten sie die Wärme sehr schlecht. Ihre Aufgabe ist es, die wärmeisolierende Luft aus den Poren zwischen Chip und Kühlkörperoberfläche zu ersetzen, da weder Chip noch Kühlkörper absolut plan sind. Die Paste ist dem Pad überlegen, da sie in einer dünneren Schicht aufgetragen werden kann.
Allerdings gewärleistet AMD die Garantie für boxed Prozessoren nur bei Einsatz von Pads. Die Begündung ist die Gefahr des Austrocknens der Paste bei langjährigem Einsatz. Ich glaube aber nicht, dass eine Kühler-CPU-Mainboard-Kombination länger als 2..3 Jahre genutzt wird, so dass das 'Austrocknen' kaum von praktischer Bedeutung sein dürfte. Die meisten Prozessoren werden ohnehin nicht 'boxed' verkauft, falls dann eine CPU ausfällt, ist ohnehin nicht AMD sondern der Händler der Ansprechpartner für Garantiefälle.
Ich verwende meistens normale billige Wärmeleitpaste. Beliebt sind spezielle Pasten mit Silberanteil, die eine deutlich verbesserte Wärmeleitung (zu einem deutlich höheren Preis) versprechen (Arctic Silver). Diese Spezialpasten dürfen nicht auf Kühlkörpern mit Silberbodenplatte verwendet werden, da sich die harten Silberpartikel der Paste nicht in die Silberplatte hineindrücken können!
Übrigens reicht auch die kleinste Tube Paste für viele viele Prozessoren. Da hat doch bestimmt ein guter Bekannter einen halben Tropfen High-Tec-Wärmeleitpaste übrig - mehr benötigt man nämlich nicht. Sehr gute Wärmeleitpaste kann die Prozessortemperatur um ca. 4° absenken (im Vergleich zu einfacher Paste). Das rechtfertigt ihren Einsatz durchaus.

Lüfter
Eine rein passive Kühlung ist bei modernen leistungsstarken Prozessoren nicht mehr möglich. Es wird immer ein Kühlkörper mit einem Lüfter kombiniert. Da dieser Lüfter ca. 40 Kubikmeter Luft pro Stunde umwälzen muss, kommt entweder ein hochtouriger 60-mm-Lüfter oder ein niedrigtouriger 80-mm-Lüfter zum Einsatz. Kühlkörper mit großem Lüfter sind vorzuziehen, da sie deutlich weniger Lärm abgeben. Es gibt auch den Versuch, 60-mm-Lüfter sehr leise zu bauen, soche Lüfter sind aber extrem teuer (Verax). Ein billiger 80-mm-Lüfter erreicht die gleiche Kühlleistung mit gleichem Geräuschpegel.

• ein 65-mm-Verax-Lüfter fördert bei 3500 rpm etwa 16 qm/h
• ein 60-mm-Standard-Lüfter fördert bei 2500 rpm etwa 21 qm/h
• ein 80-mm-Standard-Lüfter fördert bei 1000 rpm etwa 17 .. 22 qm/h

Alu oder Kupfer
Es gibt Kühlkörper aus Aluminium, aus Kupfer, sowie Alu-Kühlkörper mit Kupferbodenplatte. Kupfer leitet Wärme etwa doppelt sogut wie Aluminium. Allerdings ist es auch mehr als dreimal so schwer. Deshalb wiegen reine Kupferkühlkörper meist deutlich über 500 Gramm. Damit wird die Montage auf einem Athlon-XP-Prozessor riskant, da die Halterungen am Prozessorsockel dafür nicht ausgelegt sind. Außerdem fällt so ein Monster beim Transport eines Tower-Gehäuses leicht ab. Beim nächsten Einschalten des Systems raucht dann der nun ungekühlte Prozessor. Auf Pentium- oder Athlon64-Prozessoren lassen sich auch Monsterkühlkörper sicher befestigen. Allerdings spricht gegen Kupferkühler noch der hohe Preis.

Reine Alu-Kühlkörper wiegen unter 400 Gramm. Sie sind aber für Hochleistungsprozessoren nicht unbedingt geeignet. Der Prozessorchip erzeugt seine 70W nicht über den ganzen Chip verteilt, sondern bevorzugt in einigen kleinen Regionen des Chips (Hotspots). Der Kühlkörper muss in der Lage sein, die Hitze von diesen kleinen Stellen sehr schnell abzutransportieren. Dafür leitet aber Alu die Wärme zu schlecht.

Die Lösung ist ein Alu-Kühlkörper, mit einer Kupfer-Bodenplatte. Die Kupferplatte (ca. 5mm dick) liegt (mit Wärmeleitpaste) direkt auf dem Chip, und nimmt dort die Wärme auf. Diese leitet sie dann großflächig an den Alu-Kühlkörper weiter, der sie mit Hilfe eines Lüfters an die Gehäuseluft abgibt. Der Schwachpunkt dieser Konstruktion ist die Verbindung zwischen Kupfer und Alu. Wird die Kupferplatte als Kupferkern in den Aluboden eingepresst, dann dient oft Wärmeleitpaste im Kühlkörper zur Verbindung von Kupfer und Alu. Das behindert den Wärmetransport. Besser ist flächiges "Verlöten" von Bodenplatte und Kühlkörper. Die dünne Zinnschicht leitet die Wärme deutlich besser.

Mein Lieblingskühlkörper ist der "Copper Silent" von "Arctic-Cooling". Mit ein wenig Glück bekommt man ihn für unter 10 € (z.B. bei Reichelt), was ein gewaltiges Kaufargument ist (verglichen mit über 70 € für manche anderen Marken). Der Alukühlkörper mit verlöteter Kupferbodenplatte ist mit 80mm x 94mm Grundfläche auf einigen Bords kniffelig zu montieren, die großen Abmessungen verbunden mit einem 80mm-Lüfter führen aber zu einem Wärmewiderstand von nur 0,32 k/W (Datenblatt) wodurch bei 70W Wärmestrom der Chip nur 23K wärmer wird als die Gehäuseluft. Diese theoretischen Werte konnte ich in der Praxis voll bestätigen. Mein mit um 20% übertakteter AthlonXP 2500+ erhitzt sich auch unter Vollast nie über 54°C (bei 34°C Gehäuseinnentemperatur). Der mit nur 2500 rpm leise drehende CPU-Lüfter ist ungeregelt, was im Zusammenhang mit einem geregelten Netzteillüfter nicht von Nachteil ist.
Einen noch geringeren Wärmewiderstand hat die neue TC-Version des Copper Silent (siehe Foto). Der optimierte Kühlkörper ist nun mit einem temperaturgeregelten Lüfter ausgestattet, der bei normaler CPU-Last mit deutlich weniger als 2500 rpm (meist mit 1800 rpm) dreht. Das senkt den Geräuschpegel weiter.

Eine Schwachstelle des "Copper Silent" ist die schlechte Oberflächenqualität der Kupferplatte. Hier sind deutliche Riefen zu erkennen. Es empfiehlt sich, das Kupfer an der Kontaktfläche zwischen CPU und Kühlkörper mit feinstem Schleifpapier zu 'polieren'. Damit die Oberfläche dabei  plan bleibt, legt man das Schleifpapier auf eine Glasplatte, und reibt den Kühlkörper dann auf dem Schleifpapier glatt. Feinstes Nassschleifpapier (Hallo, Rechtschreibreform.) gibt es im KFZ-Handel.

Heatpipes
In letzter Zeit werden immer öfter Heatpipes eingesetzt, um die Wärmeenergie von der CPU zu einem großflächigen Kühlkörper zu transportieren. Eine Heatpipe ist ein Rohr, das teilweise mit einer speziellen Flüssigkeit gefüllt und dann bei einem bestimmten Innendruck luftdicht verschlossen wurde. Flüssigkeit und Innendruck sind so ausgewählt, dass die Flüssigkeit bei einer Temperatur siedet, die deutlich über der Umgebungstemperatur, aber andererseits auch deutlich unter der maximalen Betriebstemperatur des Chips liegt. Ein Ende des Rohres wird nun mit einem kleinen kupfernen Hitzeverteile an der CPU befestigt, das andere Ende befestigt man am Kühlkörper. Erreicht die CPU-Temperatur die Siedetemperatur, dann verdampft die Flüssigkeit im Röhrchen an diesem Ende, wobei sie viel Wärmeenergie aufnimmt. Das entstehende Gas kondensiert am anderen Ende des Rohrs, da die Temperatur dort durch den Kühlkörper auf einen Wert unterhalb der Siedetemperatur der Flüssigkeit gehalten wird. Dabei wird die Wärmeenergie an den Kühlkörper abgegeben. Die Flüssigkeit fließt dann zurück zum heißen Ende, wo der Kreislauf erneut beginnt.

Solange die CPU-Temperatur unterhalb der Siedetemperatur des Flüssigkleit liegt, funktioniert die Heatpipe nicht. Die CPU erwärmt sich deshalb recht schnell bis zu diesem Wert. Danach arbeitet die Heatpipe als effektives Wärmetransportsystem. Sollte einmal die Temperatur am Kühlkörperende der Heatpipe über die Siedetemperatur der Flüssigkeit ansteigen, dann fällt die Heatpipe sofort aus, und die Überhitzung der CPU erfolgt umgehend.

Ein Kühlsystem mit Heatpipe muss deshalb genau dimensioniert werden. Ein zu kleiner Kühlkörper oder ein ausgefallener Lüfter hat katastrophale Folgen. Stimmt die Dimensionierung aber, dann ermöglicht ein Heatpipe-System die Nutzung sehr großer Kühlkörper und großer leiser Lüfter. In der Praxis setzt man mehrere Heatpipes und riesiege Kühlkörper mit großen Lüftern ein, um eine sichere Funktion zu garantieren.

Zu meinen Lieblings-Heatpipe-CPU-Kühlern zählt der "Mine  Rev. B" (SCMN-1100) von "Scythe", der für ca. 35 Euro im Handel ist. Seine 6 Heatpipes transportieren die Wärme zu zwei Kühllamellenpaketen, zwischen denen ein 100mm-Lüfter arbeitet. Die Abmaße des Kühlers sind mit 105 mm x 150 mm x 109 mm (B x H x T) noch erträglich. Die Kühlleistung ist für meinen Core2Duo E6600 (2 x 2,4 GHz) mehr als ausreichend, obwohl ich den Lüfter nur mit 7V betreibe. Der Kühler ist recht leicht zu montieren und passt auf alle üblichen CPU-Typen.
Im Einsatz habe ich auch den Scythe-Ninea2 (auf AMD Athlon64X2 4550E) und den Mugen 2 (auf Intel Core i5-2500K) des selben Herstellers.

Fazit
Wenn man die Effektivität eines CPU-Kühlers einschätzen will, ist es wichtig, nicht die absolute CPU-Temperatur zu betrachten, sondern immer den Temperaturunterschied zwischen CPU und Gehäuseluft. Ein guter Kühler schafft es diesen Temperaturunterschied klein zu halten. Steigt aber die Gehäuseinnentemperatur um z.B. 5 Grad an, so steigt automatisch auch die CPU-Temperatur um 5 Grad, oder die CPU-Lüfterdrehzahl steigt deutlich an. (Wie oben schon beschrieben, gilt das nicht für Heatpipe-Kühlkörper .)
Daran lässt sich auch noch einmal erkennen, das eine gute Gehäuselüftung wichtig für eine gute CPU-Kühlung ist. Die CPU sollte dabei von der Gehäuseluft durchströmt werden. Das ist garantiert, wenn ein Netzteil mit Doppellüfter oder ein Gehäuse(ent)lüfter eingesetzt werden.

Auch der beste CPU-Kühler ist hilflos, wenn sich seine Umgebungsluft durch schlechte Gehäusedurchlüftung aufheitzt (Hitzestau).

Die Leistungsaufnahme von hochleistungs-GPUs ist mit der der CPU schon fast zu vergleichen. Die Kühlung fällt hier aber deutlich komplizierter aus. Ein wuchtiger Kühlkörper mit aufgesetztem 80-mm-Lüfter würde mehrere PCI-Slots blockieren und wäre außerdem viel zu schwer für eine Montage auf einer Steckkarte. Deshalb gibt es diverse Spezialkonstruktionen mit Radiallüftern und Heatpipes. Allen gemeinsam ist ein (verglichen mit der CPU) relativ kleiner Kühlkörper, der einen starken Lüfter benötigt. Da für einen großen Lüfter aber kein Platz ist, werkelt ein hochtouriger kleiner Krachmacher auf der GPU herum. Das ist eine Sackgasse! Eine leise Kühlung ist hier ohne Wasserkühlung nicht möglich. Immerhin versucht man die VGA-Wärme direkt aus dem Gehäuse herauszublasen, so dass sie das PC-Gehäuse nicht zusätzlich aufheizt. Mit dem Übergang vom AGP-  zum PCI-Express-Bus stehen Grafikkarten bis zu 100W an elektrischer Leistung zur Verfügung. Wenn sie die auch nutzen sollten, werden sich die Kühlprobleme weiter verschärfen.

Es gibt auch passive Kühler für VGA-Karten, sie sind in der Regel aber nicht ausreichend, um eine Power-VGA-Karte bei Vollast ausreichend zu kühlen, so dass zusätzlich der Takt von VGA-Chip/RAM verringert werden muss. Keine ideale Lösung. Für nicht übertaktete Grafikkarten der unteren Leistungsklasse ist der passive-Kühler aber die Lösung. Wichtig ist es, die die passive Kühlung zusammen mit einem Gehäuselüfter zu betreiben, damit die Hitze vom passiven Kühlkörper abgeführt werden kann. Am besten ist ein großer, langsamdrehender Zusatzlüfter (mindestens 80mm) der den Kühlkörper direkt anbläst.

Passiv gekühlte VGA-Karten liegen in einer 'windstillen' Zohne im Tower-PC. Eingeklemmt zwischen VGA-Platine und der nächsten PCI-Karte kann sich so ein Kühlkörper sehr aufheizen. Ideal wäre jetzt ein Gehäuse(be)lüfter in der Gehäusefront, der Frischluft in den PC - und dabei direkt auf die Grafikkarte - bläst. Leider liegen die AGP-Slots in der Regel weit oberhalb der Lüfter-Halterungen.

Ich habe deshalb das 1. PCI- Slotblech gleich unterhalb der VGA-AGP-Karte entfernt, damit dort in's Gehäuse eingesaugte Frischluft über den passiven Kühlkürper des Grafikprozessors fließt. Diese simple Maßnahme senkte die Temperatur des VGA-Kühlkörpers um ca. 15 Grad.

In den 1. PCI-Slot darf dann natürlich keine PCI-Karte gesteckt werden.. Eine PCI-Karte im 2. PCI-Slot unterstützt aber die Kanalisierung der Kühlluft zum Grafik-Chip.
 

Temperaturmessungen mit/ohne Slotblech Slotblech entfernt am 1. PCI-Slot Leerlauf (WindowsXP, ruhender Desktop) VGA 43°C CPU 51°C Gehäuse 34°C Lüfter 2350 3D-Vollast (MadOnion 3DMARK2001) VGA 56°C CPU 54°C Gehäuse 36°C Lüfter 2600 Slotblech eingesetzt am 1. PCI-Slot Leerlauf (WindowsXP, ruhender Desktop) VGA 54°C CPU 54°C Gehäuse 36°C Lüfter 2500 rpm 3D-Vollast (MadOnion 3DMARK2001) VGA 75°C CPU 58°C Gehäuse 38°C Lüfter 2770 rpm

Die nebenstehende Tabelle zeigt einen Test an einem warmen Tag (Zimmertemperatur 26°C).    Die Tabelle enthält die Temperatur des passiven VGA-Kühlkörpers (gemessen mit einem Eigenbautermometer), sowie die vom Hardwaremonitoring gemeldeten Temperaturen der CPU, des Systems (Gehäuse) und die Drehzahl des Netzteillüfters (Lüfter).   Ohne Slotblech liegt die VGA-Temperatur im Leerlauf 11 Grad niedriger, unter 3D-Vollast sogar um 19 Grad unter der Temperatur bei eingesetztem Slotblech. Der Netzteillüfter hält dabei die Gehäuseinnentemperatur in etwa konstant, aber da der VGA-Kühlkörper im 'Windschatten' liegt, entsteht um ihn herum ein Hitzestau, der durch Entfernen des Slotbleches beseitigt werden kann.

Da der Chip auch bei einer Kühlkörpertemperatur von 75°C noch stabil lief, fühlte ich mich an den alten Banshi-Grafikchip erinnert. Auch der lief problemlos bei solchen Temperaturen. Trotzdem bin ich nicht versucht, die gewonnenen 20 Grad (3D-Vollast) zu Nutzen, um die Grafikkarte auf FX5200-Ultra-Niveau zu übertakten.

Beim Testen fiel mir auf, dass der VGA-Chip-Kühlkörper unter Linux (Suse 8.2) ohne jede 3D-Aktivität Temperaturen von 58°C erreichte, das entspricht in etwa der Temperatur unter WinXP unter maximaler 3D-Last. Offensichtlich war der Standardtreiber nicht ideal für den damals brandneuen GForcer5-FX5200. Durch die Installation eines speziellen NVidia-Treibers sank die Leerlauftemperatur auf normale 44°C.

Gelegentlich findet man auf der Northbridge des Motherboard-Chipsatzes einen Lüfter. Dieser Lüfter wäre für mich ein ausreichender Grund, das Motherboard nicht zu kaufen. Die kleinen 40-mm-Lüfter der Chipsatzkühler sind hochtourig, und erzeugen ein störendes Pfeifen. Dabei gibt es keinen überzeugenden Grund für eine aktive Kühlung eines nicht übertakteten Chipsatzes. Schließlich findet sich der gleiche Chipsatz immer auch auf anderen Motherboards mit passiver Kühlung. Ein gutes Beispiel sind NForce2-Boards von Asus. Ihr üppig dimensionierter passiver Kühlkörper wird nur handwarm. Wer ein Board mit Lüfterkühlkörper erworben hat, kann diesen Lüfter aber nicht einfach stillegen, da solche Lüfter meist auf zu kleine Kühlkörper montiert sind. Wer auf einem Board mit passiver gekühlter Northbridge den FSB zwecks Übertaktung über die Normwerte erhöht, sollte auf die Temperatur der Northbridge achten.

Stirbt ein Prozessor an Überhitzung, dann ist das zwar ärgerlich, in der Regel kann man den Prozessor aber durch einen neu gekauften ersetzen, und normal weiterarbeiten (nachdem man die Prozessorkühlung verbessert hat). Stirbt dagegen die Festplatte, kann das zum totalen Datenverlust führen. Welcher Privatanwender hat im Zeitalter der 500-GByte-Festplatten schon noch vollwertige Backups? Und selbst wenn Backups vorliegen, ist das Partitionieren und das Rückspielen der Daten deutlich aufwendiger, als ein Prozessortausch.
 

Wenn man einige Regeln beachtet, sind Festplattenkühler überflüssig:

• möglichst nur eine Festplatte verwenden
• keine HD-Wechselrahmen verwenden
• HD nicht mit Geräuschdämmungsmaterial ummanteln
• moderne IDE-Platten mit höchstens 7200rpm verwenden
• oberhalb und unterhalb der Festplatte einen Einbauschacht frei lassen
• PC-Gehäuse-Innentemperatur durch (Ent)Lüftung unter 40°C halten.

In Silent-PCs findet man oft Vibrationsdämpfungsrahmen für die Festplatte. Eine solche akustische Isolation zwischen Festplatte und Gehäuse behindert auch den Wärmestrom. Eine in einen metallenen 3,5-Zoll-Einbauschacht eingeschraubte Festplatte bleibt kälter als eine mit Kork und Gummi isolierte. Auch ich bin ein Freund von Vibrationsdämpfungsrahmen, man sollte bei ihrem Einsatz aber noch mal den Luftstrom im PC-Gehäuse überdenken, oder wenigstens die Festplattentemperatur nach mehrminütigen Filetransfers überprüfen.

Wer ein RAID-System betreibt, kommt um einen Lüfter nicht mehr herum. Hier tut es aber oft auch ein mit 7V betriebener 80mm Lüfter. Es lohnt sich, die Temperatur im Betrieb zu messen, oder mit einem SMART-Tool aus der Festplatte auszulesen.

Die CPU benötigt eine Spannung im Bereich von 1..2 V, die nicht vom Netzteil geliefert wird. Sie wird aus einer anderen Spannung mit Hilfe von Step-Down-Schaltreglern erzeugt. Da das nicht verlustfrei geht, erhitzen sich die Schaltregler nicht unerheblich. Die Step-Down Regler sind 4 bis 6 Schaltkreise im TO-263-Gehäuse (ca 1cm x 1cm), die in unmittelbarer Nähe einer gleichen Anzahl kleiner Ringkernspulen auf dem Motherboard aufgelötet sind. Meist befinden sie sich zwischen CPU und hinterem Anschlussfeld des Mainboards oder zwischen CPU und AGP-Slot. Die Zuverlässigkeit dieser Regler ist bei normalem Luftstrom im Gehäuse gewährleistet, aber in einem wassergekühlten PC oder bei minimiertem Luftstrom, kann die Schaltregler-Temperatur durch einen Hitzestau kritisch werden. Vorbeugend kann man die Schaltregler mit kleinen Kühlkörpern versehen. Dazu benutzt man einfach einen alten CPU-Kühlkörper aus der Zeit der 400-MHz-Prozessoren, und zersägt ihn in Stücke passender Größe. Die Kühlkörperstücke klebt man dann mit Wärmeleitkleber oder mit Sekundenkleber auf die Schaltregler.

Es gibt neben CPU und Grafikchip auch noch eine Reihe anderer Wärmequellen im PC, die von den meisten Wasserkühlungen außer Acht gelassen werden. Das sind  Chipsatz (vor allem Northbridge), Spannungsregler, Speicher (vor allem der Grafikspeicher). Der Lüfter im Netzteil sorgt für den nötigen Luftstrom, um all diese Rechnerkomponenten zu kühlen. Deshalb sollte von Experimenten mit wassergekühlten Netzteilen abstand genommen werden. Wer wassergekühlte oder passiv gekühlte Netzteile einsetzt, benötigt wieder einen Gehäuse(ent)lüfter. Das kann auch der Lüfter des Radiators sein.
Ganz Lautlos ist eine Wasserkühlung allerdings auch nicht. Die Wasserpumpe, der Lüfter am Radiator und die Festplatte sind nun mal nicht völlig geräuschlos.

Ich habe mein Big-Tower-Gehäuse vor Jahren mit Korkplatten isoliert, was sich kaum auf den Geräuschpegel auswirkte, spezielle Materialien mögen bessere Ergebnisse liefern. Gerade für Tower ergibt die Dämmung aber auch einen weiteren Vorteil, die Neigung der großen Seitenteile zum Vibrieren wird abgeschwächt.

Der Handel bietet auch industriell gefertigte gedämmte Gehäuse an, die sicherlich besser dämmen als eine Bastellösung. Die Kosten liegen bei etwa 120 €.

Nein
Schafft man es, einen PC mit sehr geringer Leistungsaufnahme (< 50W) zu bauen, dann kann die natürliche Konvektion den Löwenanteil der Kühlung übernehmen. Dafür verzichtet man auf jegliche Dämmung mit Isolationsmatten. Stattdessen wählt man ein Gehäuse mit möglichst vielen Lüftungslöchern. Es gibt Gehäuse, bei denen Frontplatte, Bodenplatte, Rückwand und linke Seitenwand geradezu perforiert sind. Das ist eine gute Voraussetzung für die Kühlung durch den natürlichen Luftstrom.

Natürlich sind diese Löcher auch durchlässig für jedes Geräusch, das im PC entsteht. Das Konzept eines Silent-PC geht hier also nur auf, wenn im Gehäuse nur wenige (und nur langsam drehende) Lüfter und Festplatten verbaut sind.
Als Mainboard eignen sich vor allem passiv gekühlte EPIA-Boards, deren Rechenleistung für einen Fileserver oder einen VDR ausreichend sind. Alternativ lassen sich viele CPUs mit großen Heatpipe-Lamellen-Kühlkörpern kühlen, wenn man diese mit einem langsam drehenden 12cm-Lüfter (mit 7V gespeist) durchbläst.

Als Festplatte kommt eine Notebookplatte oder eine leise (Samsung Spinpoint) 3,5-Zoll-Festplatte in Frage. Die Zeitschrift c't testet regelmäßig Festplatten, und misst dabei auch die Geräuschentwicklung in dBA und in Sone. Wichtig ist vor allem der Sone-Wert, der deutlich unter 1,0 liegen sollte.

Das Netzteil darf nicht überdimensioniert sein. Ein Silent-Netzteil mit geregeltem 12cm-Lüfter oder geregelten Doppellüftern (80mm & 92mm) kommt in Frage. Bei sehr kleiner Leistungsaufnahme kann auch der Einsatz eines lüfterlosen externen Netzteils ausreichen (wie bei einem Notebook).

Mein File-Server funktioniert bei abgeschaltetem RAID5-System nach genau diesem Prinzip. Die Kombination aus passiv gekühltem EPIA-Board, 2,5-Zoll-Festplatte und mit 7V betriebenem 80-mm-Netzteillüfter (am 150W-Netzteil) im luftigen Cooler-Master-Gehäuse nimmt nur 29W aus dem Netzt auf, und ist aus 20cm Entfernung praktisch unhörbar.
Wird beim Datenzugriff aber das RAID-System aktiviert, sorgt ein von einem Temperatursensor gesteuerter zweiter 80-mm-Lüfter für ausreichend Kühlung der Festplatten. Dann ist es natürlich mit dem leisen Betrieb vorbei.
 

Ein moderner PC ist durch die Kombination von gutem CPU-Kühler und einem Gehäuselüfter bzw. geeignetem Netzteil ausreichend und leise zu kühlen. Das eigentliche Problem sind Hochleistungs-VGA-Karten. Deren leise Kühlung ist nur mit einer Wasserkühlung zu erreichen. In meinem PC gibt es (wenn die optischen Laufwerke stillstehen) nur drei Geräuschquellen: ein leiser 80mm-Lüfter auf dem CPU-Kühlkörper ca. 1800 rpm ein leiser 120mm-Lüfter im Netzteil mit unter 2000 rpm eine leise IDE-Festplatte Als Grafikkarte benutze ich eine nicht rekordverdächtige GeForceFX5200 mit passiver Kühlung. Als CPU benutze ich einen auf Athlon 3000+-Nivau übertakteten Athlon2500+ (FSB 185 MHz  x  Multiplier 12  =  2,220 GHz  =  122%). Das Gesamtsystem läuft auch unter Dauervollast (z.B. MPEG2-Encodierung) stabil und leise. Selbst das extreme Wetter am Anfang August 2003 konnte dem System nichts anhaben.