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Wie sieht der ideale Luftstrom im Gehäuse aus?


Einleitung

Heutzutage ist es üblich, dass Computer-Gehäuse, speziell wenn sie auf Gamer ausgerichtet sind, mit vielen und/oder großen Lüftern ausgestattet sind. Oftmals bieten die Hersteller bei ihren Gehäusen neben einigen vorinstallierten Lüftern zusätzlich optionale Lüfter-Plätze an, die nach eigenem Bedarf mit Lüftern versehen werden können. Im heutigen Artikel wollen wir untersuchen, wie sich der Luftstrom im Gehäuse idealerweise gestalten lässt. Wir machen Temperaturmessungen mit verschiedensten Lüfter-Konfigurationen und suchen die beste Lösung im Leistungs- und Silent-Bereich.

Testsystem

Hier die Übersicht der verwendeten Komponenten:

- Q6600 Prozessor @ 3.0 GHz
- Asus P5E WS Pro Mainboard
- Thermalright Ultra 120 eXtreme CPU-Kühler
- Radeon HD 4850
- Arctic Cooling Accelero S1 GPU-Kühler
- Corsair VX 550W Netzteil
- Cooler Master RC-690
- T-Balancer bigNG Lüftersteuerung

Dazu kamen folgende Lüfter zum Einsatz:
- Scythe S-FLEX SFF21E am CPU-Kühler
- Scythe Kaze Jyu Slim 1000 am GPU-Kühler
- Nanoxia FX-1250 als Gehäuselüfter im 120-mm-Format
- Yate Loon D14SL-12 und Sharkoon System Fan als Gehäuselüfter im 140-mm-Format

Natürlich wäre es eleganter gewesen, an sämtlichen Positionen identische Lüfter zu verwenden, leider stehen uns aber nicht genügend Lüfter einer Sorte zur Verfügung.

Kommen wir nun zu den Komponenten im Detail:

Das Gehäuse
Beim Gehäuse haben wir uns für ein Cooler Master RC-690 entschieden und das in erster Linie aus einem Grund: Dieses Gehäuse bietet sehr viele Optionen, was das Anbringen von Lüftern betrifft.
So stehen neben den üblichen Lüftern in der Front und am Heck auch eine Lüfterposition im Boden (Bild links) und zwei im Deckel (Bild rechts) zur Verfügung.
Desweiteren können zwei Lüfter an der Seitenwand angebracht werden - einer auf Höhe des Prozessors, der zweite auf Höhe der Grafikkarte.
Da die Kühlkörper auf der Grafikkarte und des Prozessors in unserem Testsystem sehr groß sind, bringen wir die Lüfter an der Aussenseite der Gehäusewand an - für den Luftstrom sollte das keinen Unterschied machen.
CPU und CPU-Kühler
Auf dem Q6600, der auf 3 Gigahertz übertaktet wurde und somit eine ernstzunehmende Hitzequelle darstellt, sitzt ein Thermalright Ultra 120 eXtreme Kühler.
Grafikkarte und Grafikkarten-Kühler
Im Testsystem werkelt eine HD 4850, die mit dem Accelero S1-Kühler von Arctic Cooling ausgestattet wurde. Da diese Kombination im Passiv-Betrieb unter Last zum Überhitzen neigt, haben wir auf dem Kühlkörper noch einen Scythe Kaze Jyu Slim angebracht, der auf 900 U/min gedrosselt wird.

Testmethode

Für jedes Lüfter-Szenario machen wir einen Testlauf, bei dem der Prozessor und die Grafikkarte voll ausgelastet werden. Für die Prozessorlast sorgt Prime95 und die Grafikkarte wird mit einem Fur-Benchmark ausgereizt.
Jeder Testlauf dauert 30 Minuten. Danach werden die Maximaltemperaturen von Grafikkarte, Northbridge, Festplatte und einem Sensor im Gehäuseinneren aufgezeichnet. Da die Prozessor-Temperatur starken Schwankungen unterliegt, berechnen wir hier die Durchschnittstemperatur der letzten fünf Minuten des Testlaufes aus einer Log-Datei.
Alle 120-mm-Gehäuselüfter (Nanoxia) werden mit 900 U/min betrieben. Die 140-mm-Lüfter werden mit 800 U/min betrieben, was subjektiv gefühlt zu etwa dem selben Luftdurchsatz wie bei den 120-mm-Lüftern führt.

Damit die Übersicht bei einer Vielzahl von Lüfterszenarien und Temperaturen nicht verloren geht, vergleichen wir die erhaltenen Temperaturwerte jeweils mit einem "Standardszenario", welches wir als nächstes erläutern werden.
Szenario 1: Standardszenario

Das "vorne rein, hinten raus"-Prinzip ist bei fast jedem Gehäuse anzutreffen. Egal, was sonst noch an Lüftern und Lüfterpositionen vorhanden ist, fast jedes Tower-Gehäuse hat einen Frontlüfter, der Frischluft ansaugt und einen Hecklüfter, der die erwärmte Luft aus dem Gehäuse-Inneren wieder nach außen befördert.
Das obere Bild zeigt eine graphische Darstellung des Luftstroms, das untere die resultierenden Temperaturen.
Alle Temperaturen werden als Differenz zur Außentemperatur angegeben. Gemäß der Konvention geben wir die Temperaturen in Kelvin an, wobei ein Kelvin einem Grad Celsius Temperaturdifferenz entspricht.

Wir gehen von den oberen Werten als "Basis-Szenario" aus und vergleichen, um wie viel sich die Temperaturen der einzelnen Messpositionen verbessern oder verschlechtern, wenn wir andere Lüfterszenarien wählen.

Silent, Teil 1: Drei Lüfter

Wer es möglichst still am PC haben will, wird jeden unnötigen Lüfter vermeiden wollen. Weniger Lüfter verursachen schließlich schon mal weniger Lärm. Wir testen als erstes zwei verschiedene Möglichkeiten, die nur drei Gehäuselüfter benötigen.


Szenario 2: Zusätzliche Entlüftung
Beim RC-690-Gehäuse ist das Netzteil unten angebracht. Der Lüfter des Netzteils saugt Frischluft von unten an. Bei vielen Gehäusen befindet sich das Netzteil ganz oben im Gehäuse und trägt so zur Entlüftung bei. Wir "simulieren" dies, indem wir den hinteren, oberen Gehäuselüfter zuschalten.
Mit dem zusätzlich aktiven Lüfter sinken die Temperaturen geringfügig, aber merklich. Bei allen Messpunkten können wir gegenüber dem Standardszenario ca. drei Kelvin tiefere Temperaturen verzeichnen. Einzig die Festplatte zeigt sich unbeeindruckt und hält ihre Temperatur.


Szenario 3: Der Konvektion nach

Erwärmte Luft steigt von selbst auf. Daher ist es naheliegend, den Lufstrom im Gehäuse statt von vorne nach hinten, von unten nach oben zu richten. So unterstützen die Lüfter das natürliche Ansteigen der erwärmten Luft, die um die Kühlkörper entsteht.
Für dieses Lüfter-Szenario wird der CPU-Kühler um 90 Grad gedreht, so dass auch dort der Luftstrom von unten nach oben gerichtet ist.
Tatsächlich bringt diese Variante einige Temperaturvorteile. Prozessor und Northbridge sind etwas kühler als bei den beiden vorangegangenen Szenarien. Die Grafikkarte profitiert am deutlichsten davon, dass von unten Frischluft ins Gehäuse gelangt und wird über zehn Kelvin kühler als zuvor. Die Festplatte wird nun nicht mehr direkt belüftet und erwärmt sich dadurch etwas mehr. Wenn viele Festplatten verbaut sind, kann sich dieses Problem noch dadurch verstärken, dass sich die Platten gegenseitig aufheizen.

Silent, Teil 2: Zwei Lüfter

Mit drei Gehäuselüftern konnten wir gute Temperaturen erreichen, ohne unsere Ohren zu sehr zu belasten. Nun wollen wir überprüfen, ob die Temperaturen auch noch haltbar bleiben, wenn wir auf einen weiteren Lüfter verzichten und nur noch zwei Gehäuselüfter verwenden.


Szenario 4: Einer weniger

Der Luftstrom soll auch von unten nach oben geführt werden, diesmal aber mit nur einem Lüfter im Deckel des Gehäuses. Statt dem oberen Lüfter könnte in manchen Gehäusen auch ein Netzteil für die Entlüftung nach oben sorgen.
Die Resultate sind hier eindeutig: Wenn nur zwei Gehäuselüfter eingesetzt werden sollen, dann besser nach dem "vorne rein, hinten raus"-Prinzip. Die Prozessor-Temperatur nimmt zwar nur unwesentlich zu, Northbridge, Festplatte und der interne Temperaturfühler melden aber merklich höhere Temperaturen. Einzig die Grafikkarte freut sich noch immer über die Belüftung von unten und quittiert dies mit tiefer Temperatur.


Szenario 5: Passive intake

Als nächstes wollen wir überprüfen, was sich ergibt, wenn wir das Gehäuse nur entlüften. Zwei Lüfter sollen warme Luft nach hinten und oben aus dem Gehäuse befördern, frische Luft von außen sollte als Druckausgleich durch Ventilationsgitter am Gehäuse von selbst eindringen.
Die Lösung scheint etwas besser zu sein als das Szenario Nummer vier. Die Temperaturen von Prozessor, Northbridge und Grafikkarte sind deutlich besser und der interne Sensor melden nur unwesentlich höhere Werte.
Einzig die Festplatte, fernab der Lüfter, leidet deutlich unter dieser Variante. Hier könnte der Einsatz eines Passivkühlers für die Festplatte eine sinnvolle Massnahme sein.

Leistung, Teil 1: Alle rein/alle raus

Manchmal ist die Lautstärke eines Rechners zweitrangig und die Priorität liegt bei der Kühlleistung. Wir überprüfen nun wie sich die Temperaturen verhalten, wenn wir viele Lüfter einsetzen - als erstes anhand von zwei Extremen.


Szenario 6: Alle raus

Für dieses Szenario setzen wir alle Lüfter, außer den Frontlüfter, entlüftend ein. Den Frontlüfter lassen wir nach wie vor ins Gehäuseinnere fördern, da wohl niemand möchte, dass ihm vom PC aus Luft ins Gesicht oder ans Bein gepustet wird.
Wie zu erwarten war, verbessern sich alle Temperaturen deutlich, wenn so viele Lüfter eingesetzt werden. Interessant wird der Vergleich mit dem nächsten Szenario.


Szenario 7: Alle rein

Hier machen wir das Gegenteil von vorhin und richten alle Lüfter so aus, dass sie Frischluft von außen ins Gehäuse-Innere befördern. Einzig der Hecklüfter bleibt in seiner Ausrichtung, da er sonst in direkter Konkurrenz zum Prozessor-Lüfter stehen würde und das wohl wenig Sinn macht.
Werden alle Lüfter nach Innen gerichtet, bleiben die Komponenten noch etwas kühler als im vorherigen Szenario. Insbesondere Prozessor, Grafikkarte und Northbridge weisen hier sehr gute Temperaturen auf.
Szenario 8: Ausgewogener Overkill

Hier setzen wir wiederum alle Lüfter ein, die uns zur Verfügung stehen, richten sie aber so aus, dass der Luftstrom vorne und unten rein, oben und hinten raus geht.
Die Temperaturen sind auch bei dieser Variante durchgehend sehr gut. Während Northbridge und der interne Sensor beim Szenario Nummer sieben tiefere Temperaturen verzeichneten, profitieren Prozessor und Festplatte von diesem, etwas ausgewogeneren Lüfter-Overkill.

Leistung, Teil 2: Weitere Varianten

Da nur wenige Benutzer so viele Lüfter einsetzen wollen oder können, wie dies bei den vorherigen drei Beispielen der Fall war, wollen wir uns nun noch zwei Möglichkeiten anschauen, die mit weniger Lüftern auskommen und somit etwas Praxisnäher sind.


Szenario 9: Standard plus Seitenbelüftung
Die zusätzliche Belüftung über die Seitenwand macht sich sehr deutlich bemerkbar: Alle Temperaturen bis auf die der Festplatte sinken sehr deutlich. Interessant ist hier auch zu sehen, dass Prozessor und Grafikkarte auf ähnlich gute Werte wie mit den vorangegangenen, extremen Varianten kommen. Die drei bis vier zusätzlichen Lüfter aus Szenarien sechs bis acht bringen also nur einen relativ kleinen Mehrwert.


Szenario 10: Standard plus Entlüftung

Nun drehen wir die Lüfter in der Seitenwand um und lassen sie Luft aus dem Gehäuseinneren nach außen befördern.
Während die Northbridge und auch die Festplatte mit dieser Lüftervariante kühler laufen als beim vorherigen Szenario, mögen Prozessor und Grafikkarte lieber be- als entlüftet werden. Obwohl die Temperaturen noch immer in einem guten Bereich sind, waren sie doch mit der Ausrichtung der Lüfter aus Szenario neun kühler.

Fazit

Beim Test hat sich gezeigt, dass zusätzliche Lüfter fast immer einen deutlichen Temperaturvorteil bringen. Jedoch spielt die Ausrichtung und Position der Lüfter eine ebenso wichtige Rolle und oft lässt sich mit einer etwas abgeänderten Lüfterkonfiguration ein ähnlicher Temperaturvorteil erzielen, wie ihn zusätzliche Lüfter auch bringen würden.
Es muss natürlich zu diesem Test auch gesagt werden, dass die Resultate nicht universell übertragbar sind. Je nachdem, was für Komponenten und Kühler eingesetzt werden und welches Gehäuse verwendet wird, können die Resultate natürlich unterschiedlich ausfallen. Sehr interessant zu sehen ist auf jeden Fall, dass die Gehäuselüfter einen gravierenden Einfluss auf die Temperatur der Komponenten haben und deutliche Unterschiede entstehen, die wir bei Tests von Kühlern oder Wärmeleitpasten oft vermissen. Wer also das Klima für Prozessor und Grafikkarte verbessern möchte ist gut damit beraten, für wenige Euro in den einen oder anderen Lüfter zu investieren, bevor für neue Kühlkörper und Highend-Wärmeleitpaste tief in die Tasche gegriffen wird.


Empfehlungen

Silent
Im Silent-Bereich haben wir gesehen, dass sich auch mit nur zwei Gehäuselüftern ganz anständige Temperaturen erreichen lassen. Der Klassiker mit einem Front- und einem Hecklüfter hat sich als sehr gut erwiesen und bietet ausgewogen gute Temperaturen für alle Komponenten. Ebenfalls empfehlenswert ist die Methode "Passive intake", getestet im Szenario Nummer fünf. Diese Einstellung hat den Vorteil, dass beide Lüfter am hinteren Ende des Gehäuses angebracht sind und somit noch etwas weiter vom Benutzer weg liegen. Das macht sie noch eine Spur leiser und sofern die Festplatten mit Passivkühlern versehen werden, bietet dieses Setting durchweg gute Temperaturen.


Leistung
Sollen massenweise Lüfter eingesetzt werden, so lohnt es sich, dieses so auszurichten, dass der Luftstrom vorne unten rein und hinten oben raus geführt wird. Tendenziell können mehr Lüfter nach innen als nach außen gerichtet werden, um beste Temperaturen zu erzielen.
Wenn es etwas weniger Lüfter sein sollen, so empfiehlt sich der Einsatz von Ventilatoren an der Seitenwand. Ob diese nun be- oder entlüften ist dabei zweitrangig, in beiden Fällen profitieren sämtliche Komponenten im Gehäuse-Inneren von tieferen Temperaturen.
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Weitere Informationen

Dieser Artikel wurde von HESmelaugh verfasst.
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