Flüssigkühlung
Flüssigkühlung bezeichnet die Reduktion von Hitze in elektronischen und mechanischen Geräten durch die Verwendung von Kühlflüssigkeiten.
Die Flüssigkühlung ist in vielen Bereichen eine etablierte Form der Kühlung, etwa bei Mainframes oder bei Computer-Enthusiasten, die ihre leistungsstarken Heim-PCs mit Wasser kühlen. Die Methoden und Kühlmittel können zwischen und innerhalb dieser Kategorien sehr unterschiedlich sein.
Bei der Kühlung von Computern kommt am häufigsten ein System zum Einsatz, das aus einem geschlossenen Röhrensystem besteht, mit dem die Kühlflüssigkeit von einer zu kühlenden Komponente in die nächste transportiert wird. Diese Systeme werden in der Regel als Kreisläufe bezeichnet. Einige Elemente sind allen Flüssigkühlkreisläufen gemeinsam: Pumpen, Röhren, Kühlblöcke und Radiatoren.
Die Pumpe drückt die Flüssigkeit durch einen Kreislauf, wobei zu beachten ist, dass auch Pumpen zur eigenen Kühlung die Kühlflüssigkeit benötigen und ohne Kühlflüssigkeit heiß laufen und beschädigt werden. Die Röhren bestehen zumeist aus flexiblem Plastik, oftmals durchsichtig, aber mitunter auch farbig oder sogar UV-lichtempfindlich. In manchen Fällen kommt auch Hartplastik oder Kupfer zum Einsatz.
Der Pumpe nachgeordnet, transportiert die Röhrenkonstruktion die Flüssigkeit in der Regel zum Radiator, wo die Hitze aus den Pumpen ausgekühlt wird. Die Flüssigkeit läuft dann durch Wasserkühler. Ein Kühlblock funktioniert so ähnlich wie ein Kühler, die gekühlte Oberflächenregion befindet sich jedoch innerhalb des Kühlblocks. Der thermische Kontakt zu den Komponenten wird durch eine Wärmeleitpaste verbessert. Aufgrund der thermischen Kapazität von Wasser (etwa die dreißigfache von Luft) ist der innenliegende Oberflächenbereich viel kleiner als der von großen Luftkühlern. Kühlblöcke gibt es für viele verschiedene Komponenten, neben dem Hauptprozessor und der GPU beispielsweise auch Motherboards, Netzwerk-Bridges, oder auch Leistung aufnehmende Teile wie MSOFETs, RAM und Festplatten.
Als Kühlflüssigkeit kann de-ionisiertes Wasser oder ein elektrisch nicht leitfähiges und nicht-kapazitives künstliches Kühlmittel zum Einsatz kommen. Leitungswasser dagegen lässt sich für die Flüssigkühlung nicht verwenden, da die darin enthaltenen Ionen eine Korrosion der Kühlblöcke verursachen. Aus demselben Grund ist es nicht empfehlenswert, innerhalb eines Kühlkreislaufs unterschiedliche Metalle zu verwenden. Zudem sollte Algen- und Bakterien-Wachstum verhindert werden, indem biozide Zusätze verwendet werden. Hierfür eignet sich zum Beispiel eine Silberspule, die zur Vermeidung von Korrosion aber sehr rein sein muss.
Daneben gibt es einige für die Flüssigkühlung optionale Teile. Ein Kühlkreislauf kann zum Beispiel auch ein Reservoir (Flüssigkeitstank) beinhalten. Auch Kühlblöcke für Hauptspeicher und Festplatten sind oft vorhanden. Die Kühlflüssigkeit kann in Extremfällen zudem über thermo-elektrische oder auf Phasenwechsel basierende Wasserkühler aktiv gekühlt werden. In solchen Extremfällen ergeben sich neben Überlegungen zu Leckagen auch weitere Planungsvoraussetzungen, etwa aufgrund der Möglichkeit von Kondensation oder Vereisung der Flüssigkeit.
Die Flüssigkühlung sorgt für höhere Geschwindigkeiten und ist im Betrieb wesentlich leiser als die Luftkühlung über Ventilatoren. Früher galt Flüssigkühlung als nahezu exklusive Domäne von Computer-Enthusiasten, da heutige Haupt- und Grafikprozessoren aber wesentlich mehr Leistung bieten als früher, erzeugen sie auch mehr Hitze als jemals zuvor. Einige High-End-Haupt- und Grafikprozessoren werden daher inzwischen mit entsprechender Flüssigkühlung geliefert.
Im Rechenzentrum ist die Flüssigkühlung nach wie vor die Ausnahme, da sie kompliziert nachzurüsten ist, zusätzlichen Platz im Server-Rack benötigt und wesentlich wartungsintensiver als Luftkühlung ist. Ein Mittelweg wäre die indirekte Flüssigkühlung, bei der nicht einzelne Komponenten auf dem Motherboard direkt gekühlt werden, sondern die Kühlflüssigkeit an der Tür des Server-Racks zur Kühlung der Abwärme genutzt wird. Eine besonders leistungsfähige Variante der Flüssigkühlung ist die Tauchkühlung, bei der das IT-Equipment vollständig in der Kühlflüssigkeit versenkt wird. Hierfür muss allerdings eine spezielle, elektrisch nicht leitende und nicht-kapazitive Kühlflüssigkeit verwendet werden.
