CPU-Kühler: Flüssigkeitskühlung im Vergleich zu Luftkühlung

Hier erfährst du, was du wissen musst, wenn du zwischen Flüssigkeitskühlung und Luftkühlung wählst. Dies umfasst die Funktionsweise dieser beiden Methoden und die Frage, welche Methode für dich geeignet ist.1

Wie jede leistungsstarke PC-Hardware erzeugt die CPU im laufenden Betrieb Wärme und muss ordnungsgemäß gekühlt werden, um maximale Leistung zu erzielen.

Mark Gallina, System Thermal & Mechanical Architect bei Intel, erklärt: „Während des normalen Betriebs wandeln die Transistoren in einer CPU elektrische Energie in thermische Energie (Wärme) um. Diese Wärme erhöht die Temperatur der CPU. Wenn es keinen effizienten Pfad für diese Wärme gibt, überschreitet die CPU ihre sichere Betriebstemperatur.“

Aber wie lässt sich am besten sicherstellen, dass die CPU mit der idealen Temperatur betrieben wird? Es gibt viele Möglichkeiten, einen Prozessor zu kühlen, aber bei den meisten Desktop-PCs und Laptops wird ein luft- oder flüssigkeitsbasierter Kühler verwendet.

Wir werden über Flüssigkeitskühlung im Vergleich zu Luftkühlung sprechen: wie diese Verfahren funktionieren, welche Vor- und Nachteile sie haben und welches Verfahren für dein Setup geeignet ist.

Funktionsweise eines CPU-Kühlers

Sowohl Luft- als auch Flüssigkeits-CPU-Kühler arbeiten nach einem ähnlichen Prinzip, und beide erfüllen im Wesentlichen dieselbe Aufgabe: Sie absorbieren Wärme von der CPU und leiten sie von der Hardware ab.

Die vom Prozessor selbst erzeugte Wärme wird auf den Metalldeckel der CPU verteilt, das sogenannte Wärmeverteilblech (Integrated Heat Spreader, IHS). Die Wärme wird dann auf die Grundplatte des CPU-Kühlers übertragen. Diese Wärme wird dann, entweder durch Flüssigkeit oder per Wärmerohr, an einen Lüfter abgegeben, wo sie vom Kühler weggeblasen und schließlich vom PC abgeleitet wird.

Obwohl die zugrundeliegende Funktionsweise ähnlich ist, wird diese Wärmeverteilung mit den beiden Methoden auf sehr unterschiedliche Weise erreicht.

Beginnen wir mit einem Luftkühler.

Kühlung mit Luft

Bei einem Luftkühler wird die Wärme vom IHS der CPU über die aufgebrachte Wärmeleitpaste auf eine leitfähige Grundplatte übertragen, die in der Regel aus Kupfer oder Aluminium besteht. Von der Grundplatte gelangt diese thermische Energie in die angeschlossenen Wärmerohre.

Die Wärmerohre sind so ausgelegt, dass sie Wärme von einem Ort zum anderen leiten. In diesem Fall wird die Wärme auf einen Kühlkörper geleitet, der sich in einem Abstand über dem Mainboard befindet, wodurch Platz für andere Komponenten (z. B. RAM) frei wird. Diese Rohre leiten die Energie in Form von Wärme an die dünnen Metallrippen weiter, aus denen der Kühlkörper besteht. Diese Rippen sind so konstruiert, dass sie die Einwirkungsfläche der kühleren Luft maximieren, die dann die Wärme vom Metall absorbiert. Ein angebrachter Lüfter leitet die warme Luft dann vom Kühlkörper weg.

Weniger häufig als ein standardmäßiger Luftkühler, aber ähnlich in der Theorie, ist das, was als passiver Kühler bezeichnet wird. Passive Kühler basieren auf einem speziell konzipierten Kühlkörper, mit dem Wärme ohne Verwendung eines Lüfters aufgenommen und weiterverteilt wird. Diese Systeme können bei Ausführungen nützlich sein, bei denen eine niedrigere Geräuschentwicklung eine Priorität ist; bei den meisten Gaming-Computern wird jedoch ein Luft- oder Flüssigkeitskühler eingesetzt.

Die Effektivität eines Luftkühlers kann in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren variieren, etwa nach den für die Konstruktion verwendeten Materialien (Kupfer ist z. B. leitfähiger als Aluminium, auch wenn Aluminium günstiger ist) sowie nach der Größe und Menge der Lüfter, die am CPU-Kühlkörper befestigt sind. Dies erklärt die Variationen in Größe und Design von luftbasierten CPU-Kühlern.

Größere Luftkühler leiten Wärme normalerweise besser ab, aber nicht immer ist genug Platz für eine sperrige Kühllösung, besonders bei PCs im Miniformat.

Die Vorteile der Luftkühlung werden noch weiter erläutert, aber im Sinne des Vergleichs wird zunächst das Prinzip der Flüssigkeitskühlung dargestellt.

Kühlung mit Flüssigkeit

Wie bei Luftkühlern gibt es eine große Auswahl an verfügbaren Optionen, die meisten fallen jedoch in zwei Kategorien: All-in-One-Kühler (AIO) oder individuelle Kühlkreisläufe. Hier wird es hauptsächlich um All-in-One-Kühler (AIO) gehen, obwohl die Grundprinzipien, wie die Flüssigkeit die CPU kühlt, in beiden Fällen gleich sind.

Ähnlich wie bei der Luftkühlung beginnt der Prozess mit einer Grundplatte, die über eine Schicht Wärmeleitpaste mit dem IHS der CPU verbunden ist. Dies ermöglicht eine bessere Wärmeübertragung zwischen den beiden Oberflächen. Die Metalloberfläche der Grundplatte ist Teil des Wasserblocks, der für eine Befüllung mit Kühlmittel konzipiert ist.

Das Kühlmittel absorbiert Wärme von der Grundplatte, während es sich durch den Wasserblock bewegt. Anschließend bewegt es sich weiter durch das System und nach oben durch eines von zwei Rohren zu einem Kühler. Durch den Kühler wird die Flüssigkeit der Luft ausgesetzt. Dies trägt zur Kühlung der Flüssigkeit bei. Durch Lüfter, die am Kühler befestigt sind, wird die Wärme anschließend vom Kühler wegbewegt. Das Kühlmittel wird dann wieder in den Wasserblock geleitet und der Zyklus beginnt erneut.

Was passt besser zu dir?

Beide Kühlungsoptionen sind sehr effektiv, wenn sie ordnungsgemäß implementiert werden, weisen die beste Leistung jedoch unter verschiedenen Umständen auf. Bei der Auswahl sind einige Faktoren zu berücksichtigen.

Preis

Der Preis kann je nach den Merkmalen, die dir am wichtigsten sind, erheblich variieren. Im Allgemeinen sind die Kosten der Luftkühler jedoch aufgrund ihres unkomplizierteren Betriebs geringer.

Es gibt Einstiegs- und Premium-Versionen von beiden Systemen. Eine Premium-Version eines Luftkühlers verfügt möglicherweise über einen größeren Kühlkörper und bessere Lüfter und kann verschiedene ästhetische Optionen bieten. Ein hochwertiger All-in-One-Flüssigkeitskühler (AIO) könnte einen größeren Kühler haben und eine Mischung aus ästhetischer und funktionaler Anpassung bieten, z. B. Software zur Steuerung von Lüftergeschwindigkeit und Beleuchtung.

Sowohl Luft- als auch Flüssigkeits-CPU-Kühler werden in einem großen Preisspektrum angeboten, je nach den Merkmalen, die du suchst.

Einfache Installation

Obwohl ein All-in-One-Flüssigkeitskühler (AIO) oft komplexer zu installieren ist als ein standardmäßiger Luftkühler, so ist er dennoch ziemlich unkompliziert. Die meisten bestehen nur aus dem Wasserblock, den zwei Schläuchen, die vom Kühlmittel durchströmt werden, und dem Kühler. Die zusätzlichen Schritte beinhalten das Anbringen des Wasserblocks, ein Verfahren, das dem Einbau eines Luftkühlers ähnelt, und das anschließende Befestigen des Kühlers und der Lüfter, die so montiert werden, dass die überschüssige Wärme leicht aus dem PC austreten kann. Da Kühlmittel, Pumpe und Kühler in sich geschlossen im System verbaut sind (daher der Name „All-in-One“ (AIO)), bedarf es nach der Installation nur sehr geringer Aufsicht oder Wartung.

Die Installation eines individuellen Kühlkreislaufs erfordert dagegen mehr Aufwand und Fachkenntnis seitens der Person, die das System montiert. Der anfängliche Installationsprozess ist wahrscheinlich zeitaufwändiger, aber die zusätzliche Flexibilität ermöglicht deutlich größere Anpassungsmöglichkeiten und die Option, bei Bedarf andere Komponenten wie eine GPU in den Kreislauf aufzunehmen. Diese komplexeren individuellen Kühlkreisläufe können auch Ausführungen aller Formen und Größen unterstützen, wenn sie ordnungsgemäß implementiert werden.

Abmessungen

Luftkühler können sperrig sein, aber das Volumen ist auf einen Bereich begrenzt und nicht über das gesamte System verteilt. Ein All-in-One-System (AIO) erfordert dagegen Platz für den Kühler und es müssen auch Aspekte wie die richtige Positionierung und Ausrichtung des Wasserblocks und der Kühlmittelleitungen berücksichtigt werden.

Wenn du an einem kleineren System arbeitest, ist ein sperriger Luftkühler vor diesem Hintergrund möglicherweise nicht die beste Option. Ein flacher Luftkühler oder ein All-in-One-System (AIO) mit kleinem Kühler könnte hier besser passen. Achte beim Planen von Upgrades oder Auswählen von Gehäusen darauf, dass ausreichend Platz für die Kühllösung deiner Wahl vorhanden ist und dass das Gehäuse für die ausgewählte Hardware geeignet ist.

Audio

Die Flüssigkeitskühlung, insbesondere bei der Verwendung eines All-in-One-Systems (AIO), ist tendenziell leiser als der Lüfter an einem CPU-Kühlkörper. Auch dies kann variieren, da es Luftkühler mit Lüftern gibt, die speziell zur Geräuschreduzierung entwickelt wurden, und auch die Lüftereinstellungen oder die Lüfterauswahl kann sich auf die Geräuschentwicklung auswirken. Insgesamt erzeugt die Flüssigkeitskühlung jedoch tendenziell weniger Geräusche, da die kleine Pumpe in der Regel gut isoliert ist und Kühlerlüfter eher mit niedrigeren Drehzahlen (Umdrehungen pro Minute) laufen als die am CPU-Kühlkörper.

Temperaturregulierung

Wenn dir eine Übertaktung wichtig ist oder wenn du planst, CPU-intensive Aufgaben wie das Rendern von Videos oder Streaming durchzuführen, ist die Flüssigkeitskühlung möglicherweise die beste Wahl.

Laut Mark Gallina „verteilt die Flüssigkeitskühlung die Wärme effizienter über größere Konvektionsoberflächen (Kühlrippen) als die reine Wärmeleitung, wodurch geringere Lüftergeschwindigkeiten (bessere Akustik) oder eine höhere Gesamtleistung möglich sind“.

Das System ist, in anderen Worten, effizienter und oft leiser. Wenn es dir auf möglichst niedrige Temperaturen ankommt oder wenn du an einer leiseren Lösung interessiert und einem etwas komplexeren Installationsprozess nicht abgeneigt bist, ist die Flüssigkeitskühlung wahrscheinlich die beste Option.

Luftkühler sind ziemlich gut darin, Wärme von der CPU abzuleiten, aber bedenke dabei, dass die Wärme dann im Gehäuse verteilt wird. Dadurch kann die Umgebungstemperatur des Systems insgesamt erhöht werden. Flüssigkeitskühler können diese Wärme besser über die Lüfter am Kühler aus dem System ausleiten.

Triff deine Wahl

Zurück zur ursprünglichen Frage: Flüssigkeitskühlung im Vergleich zu Luftkühlung. Was ist besser?

Die Antwort hängt davon ab, wie du den Computer verwendest und welche Leistungsanforderungen und Rechenlasten du erwartest.

Wenn dir ein fast geräuschloser Betrieb und die effizienteste Kühlung wichtig sind und wenn dich die potenziell höheren Preise nicht abschrecken, dann ist die Flüssigkeitskühlung die passende Wahl.

Wenn du nach einer Lösung mit Preisen für Einsteiger und einfacher Installation suchst, bei der du vielleicht Abstriche bei Spitzenleistung oder Akustik machen musst, empfiehlt sich die Luftkühlung.

Überlege dir, wie du den PC verwendest und wie du ihn in Zukunft verwenden möchtest, wenn du deine Wahl triffst. Beide Lösungen sind zwar hervorragend, aber sie sind für leicht unterschiedliche Anwendungsfälle konzipiert. Letztlich musst du dich entscheiden, welche Variante besser darauf ausgelegt ist, wie du den Computer nutzt.

Produkt- und Leistungsinformationen

1 Intel, das Intel Logo und Core sind Marken der Intel Corporation oder ihrer Tochtergesellschaften in den USA und/oder anderen Ländern.