[User-Review] Beeinträchtigung der Kühlleistung von Heatpipes durch die Ausrichtung

[sp33d]

Da die Frage schon des öfteren aufgekommen ist, und in der Regel nur gemutmaßt wurde, habe ich einen kurzen Versuch gestartet.


Gehäuse: Silverstone Fortress 2 FT02
Grafikkarte: Geforce GTX 460 Ggainward GS-GLH
Grafikkartenkühler: EKL Alpenföhn Heidi

"Testaufbau":

1. Tower in Normallage, also vertikal -> Heatpipes der Heidi horizontal
2. Tower auf die linke Seite gelegt -> Heatpipes der Heidi vertikal nach oben zeigend
3. Tower auf die rechte Seite gelegt -> Heatpipes der Heidi vertikal nach unten zeigend

Ich habe jeweils vor jedem Durchlauf einen Neustart durchgeführt und die Hardware ca. 5-10 Minuten abkühlen lassen.
Danach 15 Minuten lang MSI Kombuster im "Extreme Burning Mode" mit 8x MSAA in Full HD im Window-Mode (bis sich die Temps eingependelt haben).
Die Lüfter (3 x 180er unten ansaugend, 1 x 120er CPU, 1 x 120er oben ausblasend, 1 x 120er auf der Heidi) habe ich alle manuell auf 100 % gestellt, um den Einfluss des Kamineffektes nahezu zu eliminieren.


Testergebnisse:

1. (horizontal):

GPU-Temp: ~85° C (Startwert: 39° C) - keine Drosselung (konstat um die 20 FPS)
CPU-Temp: ~31° C (Cores: 34-34-37-37)


2. (vertikal nach oben):

GPU-Temp: ~81° C (Startwert: 37° C) - keine Drosselung (konstat um die 20 fps)
CPU-Temp: ~32° C (Cores: 34-38-38-38)


3. (vertikal nach unten):

GPU-Temp: ~99° C (Startwert: 38° C) - Drosselung nach wenigen Minuten
CPU-Temp: ~32° C (Cores: 39-39-42-43)

Aufgrund meiner dadurch gewonnenen Erkenntnisse, sehe ich es als erwiesen an, dass (zumindest bei manchen) Heatpipes die Ausrichtung ausschlaggebend für die Funktionalität ist.
Als optimale Ausrichtung sehe ich hierbei Aufbau 2 an (vertikal nach oben zeigend).
Der Aufbau mit nach unten gerichteten Heatpipes verhinderte in meinem Fall die korrekte Funktionsweise und führte zu explosionsartig ansteigenden Temperaturen und einer daraus resultierenden Drosselung der GPU.


Hier noch die Screenshots:






Das Verhalten der unterschiedlichen Kühler:

Starke Beeinträchtigung bis zum Versagen

• EKL Alpenföhn Heidi (selbst getestet)
• Thermalright Shaman (getestet von mo_ritzl im CB-Forum)
• MSI Twin Frozr II (selbst getestet)

Wenig bis garkeine Beeinträchtigung

• Thermalright Spitfire (laut Hersteller + selbst getestet)
• EKL Alpenföhn Peter (laut Hersteller)

 

[KeinNameFrei]

Danke für den Test! Auch ich finde das Thema interessant.

Ein derart starker Effekt ist übrigens nicht zwingend bei allen Heatpipes zu beobachten - es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Dinger zu bauen, und im Ergebnis verhalten sie sich unterschiedlich (um genau zu sein: sie leiten kondensierte Kühlflüssigkeit mehr oder weniger gut gegen eine Steigung zurück zur heißen Bodenplatte). Es gibt Heatpipes, die sich durch Seitenlage kaum beeindrucken lassen. Und Grafikkarten werden auch im allgemeinen so montiert, dass die Bodenplatte des Kühlers über dem Kühlkörper liegt - hier muss die Heatpipe immer gegen eine Steigung arbeiten, und daher werden dort Modelle verbaut, die das gut können. Und zum Glück ist die Steigung meistens nur im Bereich von der Breite eines Slotblechs, seltener deren zwei.

Grundsätzlich ist es aber richtig, dass "Heatpipe-Enden nach unten" das worst case Szenario ist, und in vielen Fällen zum Versagen des Wärmetransfers führt... vor allem, wenn mehr als nur ein-zwei Zentimeter nach unten zeigen. Viele Top-Blow CPU-Kühler zum Beispiel könnte man theoretisch so drehen, sollte man aber nie tun, wenn man seinen Prozessor lieb hat.

 

[sp33d]

Danke für die Konkretisierung.
Laut einem Kurztest von VR-Zone hat auch der Scythe zipang bei falscher Ausrichtung mit der Problematik zu kämpfen.
Ebenfalls meinen Zahlen zu entnehmen ist, dass wohl der EKL Alpenföhn Matterhorn ebenfalls nicht kopfüber betrieben werden sollte.
Aber wann tritt das schon auf bei nem Towerkühler?!
Mich würde brennend interessieren, welche GPU-Kühler von dieser Problematik betroffen sind.
Schließlich gibt es mittlerweile ja doch einige Gehäuse, in die das Mainboard um 90° gedreht eingebaut wird (was in meinen Augen auch echt genial ist ).
Daraus resultierend kann man dann wohl einige Grafikkartenkühler vergessen in dieser Konfiguration. :-/

 

[xb]

kondensierte Kühlflüssigkeit

jo und darauf wirkt die Schwerkraft, wenn die kalte Stelle über die warme stelle ist dann funktionieren die Pipes am besten..

 

[xb]

Es gibt Kapillar Heatpipes mit besondere Innenbeschichtung (Sintered Powder) wo die Einbaulage keine oder sehr geringe Auswirkung auf die Funktionalität von Wärmeübertragung hat.
Alle andere Arten von Heatpipes die ich kenne (die meisten) bevorzugen die Vertikale Positionierung und verlieren an Funktionalität je größer diese Abweichung ist.
Warum habe ich schon im obere Posting beschrieben.

Je höher die kalte Stelle über die warme Stelle ist desto besser wird die Wärme transportiert. Tiefer durfte sie auf jeden Fall nicht sein.

 

[sp33d]

Die Funktionsweise von Heatpipes ist mir ja durchaus klar (auch, dass es durchaus eklatante Unterschiede zwischen den Technologien gibt), aber trotzdem Danke für die Ausführungen.

Ich musste die Tage leider zu meinem Erschrecken feststellen, dass auch der Twin Frozr II von MSI (N580GTX) nicht von der Problematik verschont bleibt.
Durch die 90°-Drehung des Mainboards, erstreckt sich die längere der beiden dickeren (8 mm) Heatpipes vertikal nach unten.
Dadurch wird die Kühlleistung z.B. in Crysis 2 (DX11, HighRes, Ultra, 1920x1080) dermaßen beeinflusst, dass nach wenigen Minuten die Ruckelorgie losgeht.
Die Temperatur steigt über 100° C und veranlasst die Drosselung.
Auf die linke Seite gelegt, ist das Temperaturproblem wieder behoben...

MSI scheint also auch keine gesinterten Heatpipes zu verwenden.
Habe mir den Thermaltake Spitfire bestellt. Dieser sollte von er Ausrichtung her seine Aufgabe erfüllen können. Außerdem soll er laut Homepage gesinterte Heatpipes besitzen.

 

[Kazuya]

Ich hatte auch mal das Case mit dem Kühler @ 4890.
Leider ist damit nicht ans OC zu denken gewesen, sobald man es gedreht hat kein ding, die Heidi hat power und die 1000/1000 waren kein ding.

Das selbe ist es mitm Shaman in meinem FT03 @ GTX470.
Original wird schnell die 100° geknackt, gedreht maximal 78° (furmark)

Aber danke das du dir die mühe gemacht hast^^

greetz

 

[crispy81]

Da das Medium was sich innerhalb der Heatpipe befindet im flüssigen Aggregatzusatnd eine höhere Dichte hat als im gasförmigen befindet sich aufgrund des höheren Einflusses der Schwerkraft die flüssige Phase immer "unten" also Richtung Erdmittelpunkt. Somit ist ganz klar, dass die Heatpipe am besten funktioniert wenn sie senkrecht auf dem Bauteil/kühlkörper sitzt der gekühlt werden soll, weil so die Schwerkraft bewirkt das sich auch tatsächlich Flüssigkeit dort befindet, die nun verdampfen kann. Dieser Phasenübergang entzieht der Umgebung und damit der zu kühlenden Stelle Energie (siehe Verdampfungsenthalpie). Das nun verdampfte "heisse" Kühlmittel gelangt durch Konvektion nun an das obere Ende der Heatpipe wo es wiederum kondensiert und damit Wärme abgibt (Phasenübergang)da an der Aussenwand der Heatpipe ein Temperaturgefälle entsteht weil ja Wärme an die Luft abgegeben und somit ist die Hülle der Heatpipe oben kühler. Zudem gibt das Kühlmittel Wärme auch noch zusätzlich über ganz normale Wärmeleitung an die Hülle und somit die Umgebung ab. Nach dem Kondensieren fliesst es dann an der Aussenwand der Heatpipe wieder nach unten wo es dann wieder verdampft usw.

Da was du gemessen hast ist der alleinige Einfluss der Schwerkraft auf so ein phase change system was durch natürliche Konvektion funktioniert.


Nur zur Klarstellung: Das Prinzip klappt auch mit dem Verdampfen und Kondensieren wenn die Heatpipe nicht nach oben zeigt jedoch halt nicht so gut da es bei waagerechter Ausrichtung nicht von der Schwerkraft "profitiert" und beim nach unten zeigenden Einbau sogar davon negativ beeinflusst wird.

 

[sp33d]

Finde das einfach sehr lästig, da die Hersteller ja eigentlich nicht von einer festen Ausrichtung ausgehen können.
Es gibt schließlich eine riesige Vielfalt an Gehäusen da draußen.
Und wenn in sagen wir mal 10 - 20 % davon das Produkt nicht so funktioniert, wie es soll, dann ist das einfach schlecht.
Zumal ich noch keinen Hinweis von Herstellern zur Einbaulage entdecken konnte - das wäre in dem Fall ja das Mindeste.

@crispy81: Das ist mir schon bewusst. Aber den Herstellern scheint es entweder nicht bewusst oder egal zu sein. Ich vermute letzteres.

 

[Oyko Miramisay]

war zu erwarten...... ich bevorzuge daher gerne Würfelgehäuse wo der CPU Kühler aufrecht betrieben werden kann....

 

[crispy81]

Ja es wundert mich eigentlich auch das die Hersteller nicht explizit angeben wie die Kühlkörper am besten montiert werden (falls dem denn so ist - kann das nicht mit Sicherheit behaupten). Der Einfluss ist ja wie du gemessen hast ziemlich gross.

 

[sp33d]

Dass die günstige Version von Heatpipes (geriffelte Innenoberfläche) der teuren Version (gesintert) vorgezogen wird, ist aus wirtschaftlichem Aspekt nachvollziehbar.
Allerdings erachte ich das Gehäusekonzept mit gedrehtem Mainboard als so gut, dass es sich in Zukunft meiner Meinung nach sicherlich noch weiter verbreiten wird.
Daher werden die Kühlerhersteller sich schlicht und einfach was einfallen lassen müssen, um ihre Produkte noch absetzen zu können.
Angegeben wird der Umstand, dass die Heatpipes in bestimmter Ausrichtung nicht funktionieren, sicherlich nur aus einem Grund nicht: wer drückt seinen (potentiellen) Kunden schon gerne aufs Auge, dass er "die billige Version" verbaut?!

 

[pissdrunx1987]

Vielen Dank für die ausführliche Erläuterung mit dem Heatpipe Problem.

Ich habe gerade von EKL erfahren, dass auch der Peter Sintered Heatpipes nutzt und er auch im 90° Betrieb getestet wurde.

 

[sp33d]

Ah verdammt! Das wäre mein Fave gewesen. ^^
Da ich aber keine verlässlichen Infos gefunden habe, welche Art von Pipes beim Peter verwendet werden, hab ich mich für den Spitfire entschieden.
Naja, sind mit Sicherheit beide nice...
Danke für die Info auf jeden Fall.

 

[sp33d]

Bin der Sache nun auch nochmal persönlich nachgegangen, um auf Nummer sicher zu gehen.

vielen Dank für Ihre Anfrage und das damit verbundene Interesse an unseren Produkten.
Ja, der Alpenföhn Peter wird mit sintered Heatpipes assembliert...
Bei unseren Tests im Labor konnten wir so gut wie keine Lageabhängigkeit der Heatpipes feststellen.
Erst bei einer übertakteten GTX480 mit einer Verlustleistung von über 300W war der Unterschied bei der Silverstone-Einbaulage ca. 2°C "schlechter".

Ich hoffe, dass ich Ihnen hiermit weiterhelfen konnte.

Nicht, dass ich dir (pissdrunx1987) nicht geglaubt hätte, aber da ich den Spitfire wieder zurückschicken werde (in meinem Setup merkwürdig miese Kühlleistung), möchte ich nun kein Risiko mehr eingehen.



Edit: Sorry für die zwei Posts hintereinander... Nach welcher Regel werden denn zwei Posts, die unmittelbar hintereinander stehen so praktisch zusammengefügt zu einem mit Edit und allem drum und dran??!

 

[KeinNameFrei]

Ich glaub wenn der zweite Post innerhalb von ein paar Stunden erfolgt. Wenn also zum Beispiel einer noch was vergessen hat, was er hinzufügen wollte.

Wenn wie bei dir mehrere Tage dazwischenliegen, dann ist ja auch eher davon auszugehen, dass du mit völlig neuen Erkenntnissen oder einem anderen Thema ankommst

 

[bawder]

netter test

 

[sp33d]

Also, ich fasse mal nochmal zusammen:

Starke Beeinträchtigung bis zum Versagen

• EKL Alpenföhn Heidi (selbst getestet)
• Thermalright Shaman (getestet von mo_ritzl im CB-Forum)
• MSI Twin Frozr II (selbst getestet)

Wenig bis garkeine Beeinträchtigung

• Thermalright Spitfire (laut Hersteller + selbst getestet)
• EKL Alpenföhn Peter (laut Hersteller)

Wäre toll, wenn man die Liste so nach und nach erweitern könnte...