Тепловой расчёт — Deep Station One
1. Тепловой бюджет (TDP)
| Компонент | Конфиг A (1 GPU) | Конфиг B (2 GPU) | Конфиг C (MAX) |
|---|---|---|---|
| CPU (EPYC 7543P) | 1× = 225 W | 1× = 225 W | 2× = 450 W |
| RTX 4090 48GB | 1× = 450 W | 2× = 900 W | 4× = 1 800 W |
| RAM, чипсет, VRM, SSD | ~50 W | ~50 W | ~80 W |
| Итого TDP | ~725 W | ~1 175 W | ~2 330 W |
Конфиг A/B: до 1 200 W. Конфиг C: до 2 400 W (с запасом).
2. Параметры масла
Белое минеральное масло (вазелиновое), вязкость 10–15 cSt при 40°C.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Плотность (ρ) | 850 кг/м³ |
| Удельная теплоёмкость (cₚ) | 2.0 кДж/(кг·К) |
| Вязкость при 40°C | 10–15 cSt |
| Вязкость при 60°C | ~5–8 cSt (снижается!) |
| Теплопроводность | 0.13 Вт/(м·К) |
3. Расчёт расхода
Формула: Q = P / (ρ × cₚ × ΔT)
Целевой ΔT масла (вход → выход): 10°C (масло 55°C → 65°C на самом горячем участке).
Q = 1200 / (850 × 2000 × 10)
Q = 1200 / 17 000 000
Q = 0.0000706 м³/с
Q = 0.0706 л/с
Q ≈ 4.2 л/мин
| Конфигурация | TDP | Расход при ΔT=10°C | Расход при ΔT=5°C |
|---|---|---|---|
| Конфиг A | 725 W | 2.6 л/мин | 5.1 л/мин |
| Конфиг B | 1175 W | 4.2 л/мин | 8.3 л/мин |
| Конфиг C (MAX) | 2330 W | 8.2 л/мин | 16.5 л/мин |
4. Размеры бака
На основе EATX (305 × 330 мм) + GPU (длина ~340 мм, высота ~140 мм из PCIe-слота):
Конфиг A/B (1–2 GPU, 1 CPU)
| Параметр | Размер | Примечание |
|---|---|---|
| Длина (внутр.) | ~420 мм | Плата + разъёмы + запас |
| Ширина (внутр.) | ~350 мм | Ширина EATX |
| Высота (внутр.) | ~250 мм | GPU высота + уровень масла сверху |
| Объём | ~37 л | 0.42 × 0.35 × 0.25 |
| Стенка PC | 10 мм | → внешние размеры ~440 × 370 × 270 |
| Масло (заливка ~80%) | ~30 л | Часть объёма — компоненты |
Конфиг C (4 GPU, 2 CPU)
Два процессора + четыре GPU требуют значительно больший бак:
| Параметр | Размер | Примечание |
|---|---|---|
| Длина (внутр.) | ~500 мм | 2× CPU + запас |
| Ширина (внутр.) | ~400 мм | EATX + 4 GPU в два ряда |
| Высота (внутр.) | ~280 мм | GPU + усиленный запас масла |
| Объём | ~56 л | 0.50 × 0.40 × 0.28 |
| Стенка PC | 10 мм | → внешние размеры ~520 × 420 × 300 |
| Масло (заливка ~80%) | ~45 л | Часть объёма — компоненты |
5. Радиатор (маслоохладитель АКПП)
Типичный автомобильный маслоохладитель АКПП:
- Рассеивает 10–30 кВт при обдуве на скорости
- При обдуве вентилятором 120–140мм: 2–5 кВт (зависит от ΔT масло-воздух)
- При ΔT = 35°C (масло 60°C, воздух 25°C) — запас огромный
По конфигурациям
| Конфиг A/B | Конфиг C (MAX) | |
|---|---|---|
| Требуемая мощность | 0.7–1.2 кВт | 2.3 кВт |
| Радиаторов | 1 | 2 (параллельно) |
| Мощность радиаторов | 2–5 кВт | 4–10 кВт |
| Запас | 2–4× ✅ | 2–4× ✅ |
| Вентиляторы | 1–2 × 140мм | 2–4 × 140мм |
| Цена радиатор(ы) | $30–80 | $60–160 |
Конфиг C с одной решёткой — рискованно (загрузка 46–100%, перегрев летом). Две решётки обязательны.
6. Контур
Сенсоры (интегрированные в 3D-печатные адаптеры):
- Вход: подача масла в радиатор через сужающуюся "турбинную воронку".
- Выход: печатный блок с термодатчиком (DS18B20) + кастомный датчик потока (в пластиковой петле "шторка" с магнитом + аналоговый датчик Холла SS49E). Шторка отклоняется потоком, датчик считывает угол.
Главная помпа + индивидуальные микро-помпы
главный контур:
верх бака: быстросъемный фитинг (ISO 16028) -> главная помпа -> датчик давления -> in-line масляный фильтр -> радиатор -> быстросъемный фитинг (ISO 16028) в самой нижней части бака.
*Примечание: Использование сухих быстросъемов (ISO 16028 flat face) позволяет отключать радиатор/внешний контур без пролива масла. Также с их помощью и за счет главной помпы реализован "Сервисный режим" — возможность быстро и удобно откачать масло из бака через шланг прямо в канистры.*
Внутри бака:
независимые контуры:
мини-помпа соединена с воронкой подачи в радиатор цпу или гпу и закреплена на раме вместе с mb и видеокартами.
┌────────┐ ┌────────┐ ┌────────┐
│Помпа-1 │ │Помпа-2 │ │Помпа-3 │
│(мини) │ │(мини) │ │(мини) │
└───┬────┘ └───┬────┘ └───┬────┘
▼ ▼ ▼
┌──────┐ ┌──────┐ ┌──────┐
│ CPU │ │ GPU1 │ │ GPU2 │
│воронка│ │воронка│ │воронка│
└──┬───┘ └──┬───┘ └──┬───┘
│ │ │
▼ ▼ ▼
Объём бака (горячее масло всплывает ↑)
Сравнение вариантов
| Критерий | Вар. 1 (одна помпа + коллектор) | Вар. 2 (главная + мини-помпы) |
|---|---|---|
| Простота конструкции | 🟡 Средне: коллектор, разводка | 🟢 Проще: главный контур тривиальный |
| Надёжность | 🔴 Одна помпа = single point of failure | 🟢 Главная помпа отказала → мини-помпы ещё работают |
| Балансировка потока | 🔴 Проблема: GPU берёт больше, CPU голодает | 🟢 Каждый компонент — свой расход, независимый |
| Масштабируемость | 🔴 Коллектор нужно переделывать | 🟢 Добавил GPU = добавил мини-помпу |
| Контроль (ESP32) | 🟡 Можно менять обороты одной помпы | 🟢 PWM на каждую мини-помпу отдельно |
| Термо-управление | 🟡 Общий расход | 🟢 Адаптивный расход по температуре каждого |
| Давление / гидравлика | 🔴 Высокое: радиатор + коллектор + кожухи | 🟢 Главная: только радиатор. Мини: только кожух |
| Пассивный режим | 🔴 Нет помпы = нет потока | 🟡 Естественная конвекция: горячее вверх, холодное вниз |
| Кол-во помп | 1 (мощная) | 1 мощная + 2–3 мини |
| Стоимость помп | ~$40–80 | ~$40–80 + 2–3 × $10–20 = $60–140 |
| Сложность фитингов | 🔴 Коллектор, тройники, много фитингов | 🟢 Мини-помпы внутри бака, без фитингов |
| Обслуживание | 🟡 Доступ к внешней помпе | 🟡 Мини-помпы внутри — нужно доставать |
Рекомендация: Вариант 2
Причины:
- Декомпозиция задач: главная помпа отвечает только за теплообмен (бак ↔ радиатор), мини-помпы — за направленный поток на горячие компоненты
- Независимый контроль: ESP32 может увеличить расход именно на GPU, который нагрелся, не трогая CPU
- Нет коллектора: меньше фитингов, меньше точек протечки
- Отказоустойчивость: если мини-помпа сдохла — естественная конвекция масла всё ещё работает (хуже, но не критично)
- Разница в цене: ~$20–60 — незначительна
7. Подбор помп
Ключевое решение: Все помпы — центробежные с магнитной муфтой и бесколлекторными (BLDC) моторами. Это обеспечивает: герметичность (нет механического уплотнения), тишину, долговечность, PWM-управление.
Главная помпа (бак → радиатор)
Требования:
- Расход: 8–10 л/мин маслом (Конфиг C), 4–6 л/мин (A/B)
- Среда: минеральное масло, 10–15 cSt, до 65°C
- Давление: преодолеть радиатор АКПП (~0.2–0.5 бар)
- Управление: PWM обязательно
- Питание: 12V или 24V DC
Категория 1: Автомобильные EV/интеркулерные помпы
Скрытая жемчужина: спроектированы для работы годами в агрессивной среде, IP-защита, огромный запас.
| Модель | Расход (вода) | Питание | Управление | Цена ($) | Примечания |
|---|---|---|---|---|---|
| Pierburg CWA 50 | ~35–40 л/мин | 12V | PWM + CAN | $40–80 | На 10 л/мин масла загружена на ~30–40%, бесшумна |
| Pierburg CWA 100 | ~80 л/мин | 12V | PWM + CAN | $60–120 | Избыточна, с запасом |
| Bosch PAD (0 392 023 004) | ~20–25 л/мин | 12V | PWM (не все ревизии) | $30–60 | Легче найти, чуть шумнее |
Pierburg CWA 50 — топ-выбор для Конфиг B/C. При работе с маслом на 30–40% нагрузки — практически бесшумна. PWM + CAN: написать драйвер на ESP32 тривиально (C/C++).
Категория 2: Промышленные OEM-помпы
Используются в медицинском оборудовании, пищевой промышленности, системах климат-контроля.
| Модель | Расход (вода) | Питание | Управление | Цена ($) | Примечания |
|---|---|---|---|---|---|
| Topsflo TL-C01 / TS5 | ~20–25 л/мин | 12V / 24V | PWM (5V) + тахо (FG) | $30–60 | Корпус PPS, уплотнители FKM (Viton) |
| Iwaki NRD-20 / NRD-30 | ~15–20 л/мин | 24V BLDC | PWM | $80–150 | Японское качество, практически вечные |
Topsflo TL-C01 — лучший по соотношению цена/функциональность. Отдельные пины: PWM вход (5V), FG выход (тахо) — прямая интеграция с ESP32. 24V версия предпочтительнее (ниже ток → тоньше провода, меньше потерь). Корпус PPS + уплотнители FKM (Viton) — идеальная совместимость с диэлектрическими маслами.
Категория 3: Компьютерный кастомный сегмент
| Модель | Расход (вода) | Питание | Управление | Цена ($) | Примечания |
|---|---|---|---|---|---|
| Laing D5 (Xylem D5 PWM) | ~24 л/мин | 12V | PC PWM | $100–150 | Феноменально тихая |
| 2× D5 последовательно | ~24 л/мин, 2× напор | 12V | PC PWM | $200–300 | Резервирование: одна сдохла — вторая тянет |
Dual D5 — premium-вариант для продакшена: абсолютная тишина + отказоустойчивость. Одной D5 для 10 л/мин масла может не хватить (падение напора в радиаторах). Две последовательно удваивают гидравлический напор.
Сравнение главных помп
| Pierburg CWA 50 | Topsflo TL-C01 | D5 (single) | 2× D5 | |
|---|---|---|---|---|
| Расход маслом (оценка) | 12–15 л/мин | 8–10 л/мин | 4–6 л/мин | 6–10 л/мин |
| Шум на рабочих оборотах | ~20–25 дБ | <30 дБ | ~20–25 дБ | ~22–28 дБ |
| PWM + обратная связь | ✅ PWM + CAN | ✅ PWM + FG | ✅ PWM | ✅ PWM |
| Совместимость с маслом | ✅ | ✅ (FKM/Viton) | 🟡 (для воды) | 🟡 |
| Отказоустойчивость | ❌ Single | ❌ Single | ❌ Single | ✅ Redundancy |
| Цена | $40–80 | $30–60 | $100–150 | $200–300 |
| Рекомендация | ★ Конфиг B/C | ★ Конфиг A/B | Прототип | Premium |
Рекомендация по главной помпе
| Конфигурация | Рекомендуемая помпа | Обоснование |
|---|---|---|
| Конфиг A (725W, 2.6 л/мин) | Topsflo TL-C01 ($30–60) | Достаточно потока, PWM + тахо, дёшево |
| Конфиг B (1175W, 4.2 л/мин) | Pierburg CWA 50 ($40–80) | Запас 3–4×, бесшумна на 30–40% |
| Конфиг C (2330W, 8.2 л/мин) | Pierburg CWA 50 ($40–80) | Даже для max нагрузки — запас 1.5–2× |
| Premium (любой) | 2× D5 последовательно ($200–300) | Абсолютная тишина + резервирование |
Мини-помпы (адаптеры-воронки компонентов)
Требования:
- Расход: 1–2 л/мин на компонент
- Среда: погружная (внутри масла!)
- Давление: небольшое (преодолеть сопротивление ребер радиатора через "нагнетающую" воронку)
- Питание: 12V DC, желательно PWM
| Вариант | Расход | Цена ($) | Плюсы |
|---|---|---|---|
| Topsflo мини (TL-B серия) | 2–5 л/мин | $15–25 | PWM, тихая, совместима с маслом |
| 12V мини BLDC (AliExpress OEM) | 1–5 л/мин | $8–15 | Дёшево, магнитная муфта |
| DC мембранная (мини) | 0.5–2 л/мин | $5–10 | Самая дешёвая, но шумнее |
Выбор: мини BLDC помпа ($8–25) × 3–6 штук
Важные замечания по фитингам и доступности
⚠️ Фитинги: Автомобильные помпы (Pierburg/Bosch) часто имеют нестандартные патрубки под хомут (напр. 20 мм). Заранее предусмотреть переходники, чтобы избежать заужений (бутылочных горлышек) на входе в насос.
Доступность: Topsflo, Pierburg — доступны на AliExpress, Shopee, Lazada. Iwaki — сложнее купить в розницу. D5 — доступна в любом магазине СЖО (watercooling).
8. Шум
Уровни шума по источникам
| Источник | Уровень (дБА) | Примечание |
|---|---|---|
| Pierburg CWA 50 (на 30–40%) | 20–25 | Практически бесшумна |
| Topsflo TL-C01 (средние обороты) | 25–30 | Заявлено <40 дБ на максимуме |
| D5 (Laing) на средних оборотах | 20–25 | Феноменально тихая |
| Мини BLDC (погружная в масле) | 20–30 | Масло + корпус PC глушат звук |
| Вентиляторы 140мм × 2 (средние RPM) | 25–35 | Зависит от модели и оборотов |
| Суммарно (Pierburg/Topsflo) | ~28–35 | Тише бытового холодильника |
| Суммарно (2× D5) | ~25–30 | Практически бесшумно |
Для контекста: типичный воздушный сервер — 60–75 дБА. Все наши варианты — в 2–3× тише.
Почему мини-помпы тише номинала
Мини-помпы работают погружёнными в масло. Масло:
- Гасит вибрацию корпуса помпы
- Демпфирует звуковые волны (плотность масла ~850 кг/м³ vs воздух ~1.2 кг/м³)
- Поликарбонатный корпус 10мм — дополнительная звукоизоляция
Реальный слышимый шум мини-помп: значительно ниже паспортных данных.
9. Сенсоры
| Сенсор | Кол-во | Цена/шт ($) | Итого ($) |
|---|---|---|---|
| DS18B20 (температура, водонепр.) | 6 | 1 | 6 |
| Аналоговый датчик Холла SS49E + неодимовый магнит (кастомный флюгер) | 3 | 1 | 3 |
| Аналоговый датчик давления (0-0.5 МПа) | 1 | 15 | 15 |
| Термодатчик масла на входе радиатора | 1 | 1 | 1 |
| Термодатчик масла на выходе радиатора | 1 | 1 | 1 |
| Термодатчик воздуха (ambient) | 1 | 1 | 1 |
| Итого | 12 | ~$12 |
Все данные → ESP32 контроллер → PWM управление помпами и вентиляторами.
10. Итого: стоимость системы охлаждения
Конфиг A/B (1 радиатор)
| Компонент | Цена ($) |
|---|---|
| Корпус (поликарбонат, фрезеровка) | 100–200 |
| Масло (~30 л) | 50–150 |
| Главная помпа (Topsflo / Pierburg) | 30–80 |
| Мини-помпы × 3 | 24–75 |
| Радиатор АКПП × 1 | 30–80 |
| Вентиляторы × 2 | 15–30 |
| Сенсоры (12 шт) | 12 |
| Фитинги, шланги, 3D-печать (PETG/ABS/Nylon) | 30–60 |
| Итого | $301–693 |
Конфиг C (2 радиатора)
| Компонент | Цена ($) |
|---|---|
| Корпус (поликарбонат, фрезеровка, бак 56л) | 150–300 |
| Масло (~45 л) | 70–225 |
| Главная помпа (Pierburg CWA 50) | 40–80 |
| Мини-помпы × 6 | 48–150 |
| Радиаторы АКПП × 2 | 60–160 |
| Вентиляторы × 4 | 30–60 |
| Сенсоры (18 шт) | 18 |
| Фитинги, шланги, 3D-печать (PETG/ABS/Nylon) | 40–80 |
| Итого | $456–1 073 |
11. TODO / Следующие шаги
- Заказать Pierburg CWA 50 или Topsflo TL-C01 на AliExpress
- Заказать маслоохладитель АКПП
- Спроектировать 3D-печатные адаптеры-воронки и совмещенный блок выдува (магнитный флюгер + DS18B20) для CPU/GPU
- Подобрать мини BLDC помпу, совместимую с маслом, погружную
- Найти/сделать переходники с патрубков Pierburg (20мм) на шланги
- Прототипировать бак (можно начать с аквариума для тестов)
- Тестовый стенд: одна плата + одна GPU → замерить реальные температуры
- Калибровка PID-коэффициентов контроллера
- Написать драйвер Pierburg CWA PWM+CAN для ESP32