Mijn eerste bouwsel: "CO2-AWARE"

[north90ty]

Hierbij een topic voor mijn eerste casemod of eigenlijk mijn eerste scratch built PC.

Achtergrond

Ik werk in Canada voor een universiteit, ik ben technicus en doe onderzoek aan broeikas gas uitstoten van landbouw. Een paar jaar geleden ben ik als early adopter met 3d printers begonnen. 3d printers zijn fantastisch maar ik begreep al snel dat voor mij een CNC router meer geschikt is. Voor mijn werk gebruik ik mijn zelfgebouwde CNC router een heleboel, vooral voor het fabriceren van onderdelen voor onderzoek.

Al jaren is tweakers.net een van mijn dagelijkse bronnen van inspiratie en ik heb altijd genoten. Het bouwen van een geheel zelf ontworpen PC van een van de dingen die ik al jaren heb willen doen. Ik ben geen dagelijkse gamer en hou van stil en niet te flashy, dus ja wat maak je dan?

CO2 Aware

Een van onze broeikasgas analyze machines, een gas-chromatograaf, heeft een nieuwe computer nodig.
Deze machine draait 24-7 en heeft een boel aansluitingen nodig. Betrouwbaarheid is heel belangrijk, we zijn ongelofelijk druk in de zomer. Ook zou het mooi zijn als er niet veel ruimte nodig is, het is al vol genoeg in het lab.
En omdat al ons werk gebaseerd is op het quantificeren en reduceren van broeikasgassen zou het wel mooi zijn daar iets mee te doen.
Het wordt een MITX pc met een solide mobo en chipsets en liefst een beetje energiezuinig en geen ventilatoren die stof verzamelen.

Onderdelen

Nodig zijn ten minste 2x ethernet en 1 of liefst meer COM poorten. Het was lang zoeken naar mijn favoriete mobo. Mijn keuze is gevallen op een board van Gigabyte dat is bedoelt voor de embedded markt: de GA-H110-TN Gigabyte H110-TN moederbord
Dit bord heeft 2x Ethernet (communicatie met gas-chromatograaf en communicatie met uni netwerk).
Ook zijn er voldoende COM poorten (4x) aanwezig. Verder is de DC input een pro, er is geen ATX PSU nodig, een laptop voeding blok is voldoende.

Voor de CPU zat ik te denken aan een low power i3, maar ik kon geen webshop in Canada vinden met een geschikt T model in voorraad, dus heb een gewone I3-6300 gekozen. Twee reepjes DDR4 van Kingston geven 16GB RAM en een reepje Samsung geeft 250GB SSD opslag.Ook wil ik graag een card reader om kaartjes te lezen vanuit cameras en data recorders. Dus heb een standaard 2.5" card reader besteld.
Om het mogelijk te maken om SSD te clonen en snelle off-line backups te maken wilde ik ook een 2,5" bay die van buiten te bereiken is.
Hiervoor heb ik een hotswap 2 bay drive gevonden van Startech 2x 2.5" drivebay, slechte kwaliteit! (BTW NIET KOPEN!)

Ontwerp

Dingen maken kan ik wel, maar iets ontwerpen is een heel ander verhaal. Dus ik heb me eerst maar gefocused op het fysieke ontwerp.
Ik wil een passief gekoeld ontwerp. Met een normale processor (50Watt) betekend dat veel heatsinks.
Ik had toevallig nog een paar van deze Cree LED heatsinks liggen: CREE LED 30W heatsink bij Mouser
Zien er niet slecht uit, mooi zwart
Voor een mooi dun ontwerp wilde ik de heatsink naast het mobo, dus had heatpipes nodig om de warmte te vervoeren.
Gelukkig heeft Mouser die nu ook: Heatpipes bij Mouser

Mijn thermo dynamica is niet goed, dus heb random besloten dat 3 heatpipes de warmte gaan vervoeren naar 3 heatsinks

Nadat ik besloten had welke onderdelen ik ging gebruiken ben ik gaan spelen met de plaatsing. Ik gebruik OpenSCAD, een 3d ontwerp programma waar je je onderdelen programmeert in plaats van klikt. Doel is om alle onderdelen in een zo klein mogelijke behuizing te plaatsen.

Na heeeeel veel spelen met de onderdelen kwam ik tot het volgende: SCAD render #1 en #2

• de heatsinks bovenin 3x naast elkaar
• de voeding, 2x drive bay en card reader achter in de behuizing met ook POWER knop en AC, COM en VGA ingangen.
• het mobo voor in de behuizing

Bouw

Traditioneel zijn behuizingen gemaakt uit plaat metaal. Ik heb een grote hekel aan het werken met dat spul, mijn vingers ook.
Dus dacht aan G10, een glasvezel laminaat, dit is sterk, dun en makkelijk te bewerken. Een laagje faux leer geeft het een mooie uitstraling. Maar hoe verbindt je de platen? Lassen is geen optie, lijmen wel maar is zo vies.
Heel veel later heb ik besloten om eerst maar eens te gaan spelen met wat ik al thuis had liggen: HDPE Marine board. HDPE is goedkoop plastic en is herbruikbaar, ik had een paar stukken liggen met een mooie korrel structuur dat krassen mooi verbergt.

Voor de achterkant van de behuizing (waar alle onderdelen op bevestigd worden) heb ik 1/2 duim dik (12.7mm) HDPE gebruikt, de zijkanten zijn 6.4mm dik HDPE en de voorkant is gemaakt van 3/4 duim (19.2mm) dik HDPE en 3/8 duim (9.5mm) Acrylic. Ja sorry, Canada is Metrisch, maar alle materialen hier niet.

Door het gebruik van de dikke materialen is het mogelijk alle onderdelen direct aan elkaar te schroeven zoals je met een houten kast zou doen.

Om toch maximaal gebruik te maken van de ruimte heb ik de onderdelen verzonken in de platen. Dit heeft ook als voordeel dat ze niet kunnen verschuiven.

Alle onderdelen zijn op maat gemaakt mbv mijn CNC router in de garage.

Ontwerp

En als niet-ontwerper komen de ideeen pas als je bezig bent:
- die drie ronde heatsinks kunnen samen mooi een CO2 molecuul vormen
- de heatsinks=CO2 zitten als schoorsteen bovenin...
- dan is het ook een idee om de CO2 uitstoot van de PC bij te houden. Deze PC is rechtstreeks onderdeel van onderzoek naar het verminderen van CO2 (equivalent) GHG uitstoot.
- dus voegen we een Arduino toe die het stroom verbruik meet, bijhoudt en weergeeft op een LCD.
Dan kunnen we ook de CO2 uitstoot van de PC berekenen en weergeven...
- oww maar dan is het ook tof om op ieder moment de uitstoot van de PC weer te geven!
De LED backlight verandert van kleur afhankelijk van stroom verbruikt
Als de gebruiker bewust is van toegenoemen stroom verbuik sluit ie misschien wel een een paar onnodige tabs en besparen we met zijn allen een paar gram CO2

Voila! CO2-AWARE is born

Met 24*32*9 cm en 7L volume is ie mooi compact geworden!













Ik zal zsm een paar meer fotos en videos plaatsen.

Ben erg beniewd naar jullie reacties!
Ik ga voorlopig zeker niet meer casemods doen, de hoeveelheid tijd die hier in gaat zitten is me enorm tegengevallen!

Frank

[ Voor 1% gewijzigd door north90ty op 13-11-2016 06:45 . Reden: toevoegen fotos ]

[orf]

Wauw, wat mooi! Hier kun je wel een contest mee winnen, als je 'm daar dan ook wil showen, want ik begrijp dat ie al in gebruik genomen is.

[north90ty]

Thanks! Zal me baas om toestemming moeten vragen, hij heeft voor de onderdelen betaald Maar dat weet hij zelf niet

Ik ben uhm nog aan het test draaien. Deze week wordt het hier echt winter. In de winter is er plenty tijd om de pc te installeren.

[Steefph]

Tof ontwerp! Maar, toch benieuwd, hoe zit het nu met de temperatuur van de i3 onder vollast?

[_ferry_]

Ziet er goed uit! Netjes afgewerkt, en ben ook benieuwd wat de CPU doet onder load. Is wel mooi als hij helemaal passief draait

[Singular1ty]

Heel netjes! Grote klasse wat betreft de looks van het koelsysteem. Ben net als de rest erg benieuwd hoe het presteert. Ik kan me inderdaad voorstellen dat er wat meer tijd in is gegaan dan je lief is.

[north90ty]

Bedankt voor al de positieve comments! Het koelsysteem is zeker natte vinger werk. De heatsinks zouden ieder een LED van 30W koel moeten kunnen houden. De heatpipes zijn echt een gok. Geen idee hoe je het warmte transport daarvan kan berekenen.

Ik was van plan om een T model processor (I3-6300T) te kopen met een TDP van 35W, maar ik kon er geen makkelijk vinden. Er dus een gewone 6300 in met een TDP van 47/51? W. Om voorzichtig te beginnen is de processor nu op 3.2GHz geklokt, en 15 minuten prime95 laat de temperatuur oplopen naar 71C. Het lijkt dus redelijk (maar niet brilliant) te werken.

Het mobo geeft opties om thermal throttling temperatuur in te stellen. Wat is volgens jullie een veilige core-temperatuur?

[coenfoolen]

Allereerst wat een gave build!
En dan ook nog eens passief gekoeld, netjes hoor,

Zelf denk ik dat tussen de 80 en 85 graden tijdens prime of linx, wat bij het overclock forum regelmatig gebruikt wordt, redelijk netjes is voor een passieve koeling. Je systeem zal immers in werkelijkheid bijna tot helemaal nooit zo zwaar gestrest worden.
Al kan je natuurlijk wel een temperatuur metertje open hebben staan tijdens het gebruik om het in de gaten te kunnen houden.

[Fladder80]

Super gaaf!

Waar ik ontzettend benieuwd naar ben is hoe je de heatpipes gekoppeld hebt aan de processor en de koelelementen.

[north90ty]

De heatpipes die ik gebruikt heb zijn 6mm diameter.
Aan de CPU zijde ik heb er voor gekozen de heatpipes te klemmen tussen twee platen aluminium. In de plaat die op de CPU rust heb ik een groef van 7.5x2.8mm uit gevreest. De heatpipes heb ik voorzichtig plat gedrukt tot dat ze net iets dikker dan 2.8 mm waren.
Aan de heatsinks zijde liggen de heatpipes in een groef in de aluminium plaat waar de heatsink op geschroefd zijn.









Bij nader inzien had ik misschien moeten proberen een nette ronde groef te frezen waar de heatpipes niet platgedrukt hoeven te worden en er maximaal contact is tussen de pipe en het koelblok. Dan hadden er ook makkelijk 4 heatpipes op het blok gepast.

[ Voor 10% gewijzigd door north90ty op 17-11-2016 03:08 . Reden: toevoegen fotos ]

[Mr-E]

Leveren die knikken geen problemen op? In een heatpipe zit toch een medium dat de warmte transporteert? Lukt dat zo nog?

[poema]

Ik denk dat onder full load de koellichamen lekker koel blijven. Lijkt mij idd dat de warmte niet goed geleid wordt. Wel mooie build!

[DjaRoel]

Wikipedia: Heat pipe

Door de platte stukken zal de heatpipe idd niet optimaal werken, door de thermische geleiding van het koper zal hij allicht nog warmte afvoeren maar het geheel werkt denk ik een stuk minder efficiënt dan het zou kunnen doen.

Verder wel prachtig gemaakt 👌

[north90ty]

Het plat maken en buigen van een heatpipe is heel gebruikelijk en wordt in bijna alle laptops toegepast. Het gaat ook inderdaad ten koste van de maximale warmte transport capaciteit. Het is mij inderdaad niet gelukt om de heatpipes perfect te buigen, maar er zitten zeker geen knikken in die de diameter ernstig verminderen. De heatsinks worden dus ook goed warm. Je zou er je koffie prima om kunnen warm houden.

De heat pipes zijn gevuld met water en water-gas (geen zuurstof of stikstof gas). Door de lage druk kookt het water op de CPU en gaat als gas naar de heatsinks. Daar condenseert het water-gas en stroomt het als vloeibaar water terug naar de CPU. De thermische geleiding van het koper van de heatpipe zelf is absoluut niet voldoende om een CPU koel te houden.

Ik zal proberen de temperatuur van het CPU blok en van de heatsink blok te meten.

[Mr-E]

Top! Vond de rechterkant wat erg gebogen lijken, kan uiteraard gezichtsbedrog zijn! Wel een top ontwerp hoor, mooi gemaakt

[Fladder80]

Denk dat je de koelcapaciteit nog wat had kunnen optimaliseren door ipv 3 heatsinks te gebruiken ze dubbel uit te voeren, maar dat is giswerk van mijn kant. Vind het wel een briljant idee dat prachtig is uitgevoerd. Zou nooit in mij opgekomen zijn om opzoek te gaan naar losse heatpipes om zelf een passieve koeling te fabriceren.

[DjaRoel]

north90ty schreef op woensdag 16 november 2016 @ 19:42:
Het plat maken en buigen van een heatpipe is heel gebruikelijk en wordt in bijna alle laptops toegepast. Het gaat ook inderdaad ten koste van de maximale warmte transport capaciteit. Het is mij inderdaad niet gelukt om de heatpipes perfect te buigen, maar er zitten zeker geen knikken in die de diameter ernstig verminderen. De heatsinks worden dus ook goed warm. Je zou er je koffie prima om kunnen warm houden.

De heat pipes zijn gevuld met water en water-gas (geen zuurstof of stikstof gas). Door de lage druk kookt het water op de CPU en gaat als gas naar de heatsinks. Daar condenseert het water-gas en stroomt het als vloeibaar water terug naar de CPU. De thermische geleiding van het koper van de heatpipe zelf is absoluut niet voldoende om een CPU koel te houden.

Ik zal proberen de temperatuur van het CPU blok en van de heatsink blok te meten.

Het is op de foto's lastig te zien, maar op de plekken waar de heatpipe dusdanig 'plat' is dat de binnenkanten elkaar raken zal er natuurlijk geen of weinig gastransport zijn en er dus ook geen condensatie plaatsvinden op de plek waar je dat het liefst zou willen. Omgekeerd geld natuurlijk ook dat er geen of weinig verdamping plaatsvind op de plek waar je het zou willen als de heatpipe daarvoor te 'plat' is.

Edit: Met een warmtebeeld camera kan je denk ik een aardige indicatie krijgen hoe goed het transport is.

Dit werkt nog:

https://www.google.nl/img...wgvKBIwEg&iact=mrc&uact=8

Dit niet:

https://www.google.nl/img...whVKC0wLQ&iact=mrc&uact=8

[ Voor 24% gewijzigd door DjaRoel op 17-11-2016 13:09 ]

[RadioKies]

Toen ik de eerste foto zag dacht ik eerst dat het een render was, ziet er goed uit!

[swets]

north90ty schreef op woensdag 16 november 2016 @ 05:17:
De heatpipes die ik gebruikt heb zijn 6mm diameter.
Aan de CPU zijde ik heb er voor gekozen de heatpipes te klemmen tussen twee platen aluminium. In de plaat die op de CPU rust heb ik een groef van 7.5x2.8mm uit gevreest. De heatpipes heb ik voorzichtig plat gedrukt tot dat ze net iets dikker dan 2.8 mm waren.
Aan de heatsinks zijde liggen de heatpipes in een groef in de aluminium plaat waar de heatsink op geschroefd zijn.

en werkt dat goed? moet er geen vloeistof in de pijpjes? of is dat bij andere heatpipes ook nooit?

[DjaRoel]

swets schreef op donderdag 17 november 2016 @ 21:57:
[...]


en werkt dat goed? moet er geen vloeistof in de pijpjes? of is dat bij andere heatpipes ook nooit?

Lees de rest van het topic ook even door, de werking word uitgelegd in een linkje.