Водное охлаждение: методы, применение и проблемы эксплуатации.

Введение

Метод отвода тепла от компонентов и промышленного оборудования

Водяное охлаждение — это метод отвода тепла от компонентов и промышленного оборудования. Испарительное охлаждение с использованием воды часто более эффективно, чем воздушное охлаждение. Вода недорогая и нетоксична, однако она может содержать примеси и вызывать коррозию. Водяное охлаждение широко используется для охлаждения двигателей внутреннего сгорания автомобилей и электростанций. Водяные охладители, использующие конвективный теплообмен, применяются в высокопроизводительных персональных компьютерах для снижения температуры процессоров и других компонентов. Другие области применения включают охлаждение смазочного масла в насосах, охлаждение в теплообменниках, а также охлаждение зданий в системах ОВКВ и в чиллерах.

Преимущества

Вода недорогая, нетоксична и доступна на большей части поверхности Земли. Жидкостное охлаждение обеспечивает более высокую теплопроводность, чем воздушное. Вода обладает необычно высокой удельной теплоемкостью среди общедоступных жидкостей при комнатной температуре и атмосферном давлении, что позволяет эффективно передавать тепло на расстояние при низких скоростях массопереноса. Охлаждающая вода может быть использована в системе рециркуляции или в однопроходной системе охлаждения (OTC). Высокая теплота парообразования воды позволяет эффективно использовать испарительное охлаждение для отвода тепла в градирнях или охладительных прудах. Системы рециркуляции считаются открытыми, если они используют испарительное охлаждение, и закрытыми, если отвод тепла осуществляется в теплообменниках, что приводит к незначительным потерям на испарение. Теплообменник или конденсатор может разделять воду для охлаждения (неконтактным способом) от охлаждаемой жидкости, либо охлаждающая вода может непосредственно контактировать с такими элементами, как пильные диски, где разность фаз обеспечивает легкое разделение. Экологические нормы делают акцент на снижении концентрации отходов в неконтактной охлаждающей воде.

Недостатки

Вода ускоряет коррозию металлических деталей и является благоприятной средой для биологического роста. Растворенные минералы в естественных водоисточниках концентрируются при испарении, образуя отложения, называемые накипью. Для охлаждающей воды часто требуется добавление химических веществ для минимизации коррозии и образования изолирующих отложений накипи и биообрастания. Вода содержит различное количество примесей, попадающих в нее при контакте с атмосферой, почвой и емкостями. Являясь одновременно проводником электричества и растворителем для ионов металлов и кислорода, вода может ускорять коррозию охлаждаемого оборудования. Реакции коррозии протекают быстрее с повышением температуры. Сохранность оборудования в присутствии горячей воды улучшена за счет добавления ингибиторов коррозии, таких как цинк, хроматы и фосфаты. Первые два вызывают опасения по поводу токсичности, а последний связан с эвтрофикацией. Остаточные концентрации биоцидов и ингибиторов коррозии представляют потенциальную опасность для систем сброса и открытых систем рециркуляционного охлаждения. За исключением оборудования с небольшим сроком службы, закрытые системы рециркуляции требуют периодической обработки или замены охлаждающей воды, что вызывает аналогичные опасения по поводу окончательной утилизации охлаждающей воды, содержащей химические вещества, с учетом предположений об экологической безопасности закрытой системы. Биообрастание происходит потому, что вода является благоприятной средой для многих форм жизни. Характеристики потока в системах рециркуляционного охлаждения способствуют колонизации сидячими организмами, использующими циркулирующие запасы пищи, кислорода и питательных веществ. Температура может достигать значений, достаточных для поддержания термофильных популяций организмов, таких как некоторые виды грибов. Биообрастание теплообменных поверхностей может снизить скорость теплопередачи в системе охлаждения, а биообрастание градирен может изменить распределение потока, снижая скорость испарительного охлаждения. Биообрастание также может создавать дифференциальные концентрации кислорода, увеличивая скорость коррозии. Системы сброса и открытые системы рециркуляции более подвержены биообрастанию. Биообрастание можно подавлять временными изменениями среды обитания. Разница температур может препятствовать установлению термофильных популяций в периодически работающих установках, а намеренные кратковременные скачки температуры могут периодически уничтожать менее устойчивые популяции. Биоциды обычно используются для контроля биообрастания, когда требуется непрерывная работа объекта. Хлор может добавляться в форме гипохлорита для уменьшения биообрастания в системах охлаждения воды, но затем восстанавливается до хлорида для минимизации токсичности сбрасываемой или сбросной воды, возвращаемой в природные водные объекты. Гипохлорит все более разрушителен для деревянных градирен с повышением pH. Хлорированные фенолы использовались в качестве биоцидов или выщелачивались из древесины, обработанной консервантами, в градирнях. Как гипохлорит, так и пентахлорфенол снижают эффективность при pH выше 8. Неокисляющие биоциды могут быть более сложными для детоксикации перед сбросом воды для отдувки или сбросной воды в природные водные объекты. Концентрации полифосфатов или фосфонатов с цинком и хроматами или аналогичными соединениями поддерживаются в системах охлаждения для поддержания теплообменных поверхностей достаточно чистыми, чтобы пленка гамма-оксида железа и фосфата цинка могла ингибировать коррозию путем пассивации анодных и катодных точек реакции. Они повышают соленость и общее количество растворенных твердых веществ, а соединения фосфора могут обеспечивать ограничивающее основное питательное вещество для роста водорослей, способствуя биообрастанию системы охлаждения или эвтрофикации природных водных объектов, получающих воду для отдувки или сбросную воду. Хроматы уменьшают биообрастание в дополнение к эффективному ингибированию коррозии в системе охлаждающей воды, но остаточная токсичность в сбрасываемой или сбросной воде привела к снижению концентрации хромата и использованию менее гибких ингибиторов коррозии. Вода для отдувки также может содержать хром, выщелоченный из градирен, построенных из древесины, обработанной хроматом меди и мышьяком. Общее количество растворенных твердых веществ или TDS (иногда называемое фильтруемым остатком) определяется как масса остатка, остающегося после испарения измеренного объема фильтрованной воды. Соленость указывает на изменение плотности или проводимости воды, вызванное растворенными веществами. Вероятность образования накипи увеличивается с увеличением общего количества растворенных твердых веществ. Твердые вещества, обычно связанные с образованием накипи, - это кальций и магний как в виде карбоната, так и в виде сульфата. Скорость коррозии сначала увеличивается с соленостью в ответ на увеличение электропроводности, но затем уменьшается после достижения пика, поскольку более высокие уровни солености снижают уровень растворенного кислорода. Некоторые грунтовые воды содержат очень мало кислорода при откачке из скважин, но большинство естественных водоисточников содержат растворенный кислород. Увеличение концентрации кислорода ускоряет коррозию. Растворенный кислород приближается к уровням насыщения в градирнях. Он полезен в воде для отдувки или сбросной воде, возвращаемой в природные водные объекты. Вода ионизируется на гидрониевые (H3O+) катионы и гидроксидные (OH−) анионы. Концентрация ионизированного водорода (в виде протонированной воды) в системе охлаждения воды указывается как уровень pH. Низкие значения pH увеличивают скорость коррозии; высокие значения pH способствуют образованию накипи. Амфотерность нехарактерна для металлов, используемых в системах водяного охлаждения, но скорость коррозии алюминия увеличивается при значениях pH выше 9. Гальваническая коррозия может быть сильной в водных системах с компонентами из меди и алюминия. Кислоту можно добавлять в системы охлаждения воды для предотвращения образования накипи, если снижение pH компенсирует увеличение солености и количества растворенных твердых веществ.

Water accelerates the corrosion of metal parts and is a favorable medium for biological growth. Dissolved minerals in natural water supplies are concentrated by evaporation to leave deposits called scale. Cooling water often requires the addition of chemicals to minimize corrosion and insulating deposits of scale and biofouling. Water contains varying amounts of impurities from contact with the atmosphere, soil, and containers. Being both an electrical conductor and a solvent for metal ions and oxygen, water can accelerate corrosion of machinery being cooled. Corrosion reactions proceed more rapidly as temperature increases. Preservation of machinery in the presence of hot water has been improved by addition of corrosion inhibitors including zinc, chromates and phosphates. The first two have toxicity concerns; and the last has been associated with eutrophication. Residual concentrations of biocides and corrosion inhibitors are of potential concern for OTC and blowdown from open recirculating cooling water systems. With the exception of machines with short design life, closed recirculating systems require periodic cooling water treatment or replacement raising similar concern about ultimate disposal of cooling water containing chemicals used with environmental safety assumptions of a closed system. Biofouling occurs because water is a favorable environment for many life forms. Flow characteristics of recirculating cooling water systems encourage colonization by sessile organisms using the circulating supply of food, oxygen and nutrients. Temperatures may become high enough to support thermophilic populations of organisms such as types of fungi. Biofouling of heat exchange surfaces can reduce heat transfer rates of the cooling system, and biofouling of cooling towers can alter flow distribution to reduce evaporative cooling rates. Biofouling may also create differential oxygen concentrations increasing corrosion rates. OTC and open recirculating systems are more susceptible to biofouling. Biofouling may be inhibited by temporary habitat modifications. Temperature differences may discourage the establishment of thermophilic populations in intermittently operated facilities, and intentional short term temperature spikes may periodically kill less tolerant populations. Biocides have been commonly used to control biofouling where sustained facility operation is required. Chlorine may be added in the form of hypochlorite to decrease biofouling in cooling water systems, but is later reduced to chloride to minimize the toxicity of blowdown or OTC water returned to natural aquatic environments. Hypochlorite is increasingly destructive to wooden cooling towers as pH increases. Chlorinated phenols have been used as biocides or leached from preserved wood in cooling towers. Both hypochlorite and pentachlorophenol have reduced effectiveness at pH values greater than 8. Non oxidizing biocides may be more difficult to detoxify prior to release of blowdown or OTC water to natural aquatic environments. Concentrations of polyphosphates or phosphonates with zinc and chromates or similar compounds have been maintained in cooling systems to keep heat exchange surfaces clean enough that a film of gamma iron oxide and zinc phosphate can inhibit corrosion by passivating anodic and cathodic reaction points. These increase salinity and total dissolved solids, and phosphorus compounds may provide the limiting essential nutrient for algal growth contributing to biofouling of the cooling system or to eutrophication of natural aquatic environments receiving blowdown or OTC water. Chromates reduce biofouling in addition to effective corrosion inhibition in the cooling water system, but residual toxicity in blowdown or OTC water has encouraged lower chromate concentrations and the use of less flexible corrosion inhibitors. Blowdown may also contain chromium leached from cooling towers constructed of wood preserved with chromated copper arsenate. Total dissolved solids or TDS (sometimes called filterable residue) is reported as the mass of residue remaining when a measured volume of filtered water is evaporated. Salinity indicates water density or conductivity changes caused by dissolved materials. Probability of scale formation increases with increasing total dissolved solids. Solids commonly associated with scale formation are calcium and magnesium both as carbonate and sulfate. Corrosion rates initially increase with salinity in response to increasing electrical conductivity, but then decrease after reaching a peak as higher levels of salinity decrease dissolved oxygen levels. Some groundwater contains very little oxygen when pumped from wells, but most natural water supplies include dissolved oxygen. Increasing oxygen concentrations accelerate corrosion. Dissolved oxygen approaches saturation levels in cooling towers. It is beneficial in blowdown or OTC water being returned to natural aquatic environments. Water ionizes into hydronium (H3O+) cations and hydroxide (OH−) anions. The concentration of ionized hydrogen (as protonated water) in a cooling water system is reported as the pH level. Low pH values increase the rate of corrosion; high pH values encourage scale formation. Amphoterism is uncommon among metals used in water cooling systems, but aluminum corrosion rates increase with pH values above 9. Galvanic corrosion may be severe in water systems with copper and aluminum components. Acid can be added to cooling water systems to prevent scale formation if the pH decrease will offset increased salinity and dissolved solids.

Паровые электростанции

Немногие другие системы охлаждения требуют таких больших объемов воды, как конденсация пара низкого давления на электростанциях. Многие предприятия, особенно электростанции, используют миллионы галлонов воды в день для охлаждения. Водяное охлаждение в таких масштабах может изменять естественную среду обитания водных экосистем и создавать новые. Тепловое загрязнение рек, устьев и прибрежных вод необходимо учитывать при выборе места для строительства таких объектов. Вода, возвращаемая в водные экосистемы при температуре выше температуры окружающей воды, изменяет водную среду обитания, увеличивая скорость биохимических реакций и снижая кислородную емкость среды обитания. Повышение температуры первоначально приводит к изменению видового состава: виды, требующие высокой концентрации кислорода в холодной воде, уступают место видам, которым благоприятствуют повышенные скорости метаболизма в теплой воде. Системы прямоточного охлаждения (OTC) могут использоваться на крупных реках, а также в прибрежных и устьевых районах. Эти электростанции сбрасывают отработанное тепло непосредственно в реку или прибрежные воды. Такие системы OTC нуждаются в обильном запасе речной или морской воды для охлаждения. Эти сооружения оснащены водозаборными конструкциями, предназначенными для забора больших объемов воды с высокой скоростью потока. Эти конструкции также часто затягивают большое количество рыб и других водных организмов, которые погибают или получают травмы на водозаборных экранах. Высокие скорости потока могут приводить к тому, что медленно плавающие организмы, включая рыбу и креветок, застревают на экранах, защищающих тонкие трубы теплообменников от засорения. Высокая температура или турбулентность, создаваемая насосами, а также сдвиговые усилия могут убивать или обездвиживать мелких организмов, проходящих через экраны вместе с охлаждающей водой. Более 1200 электростанций и промышленных предприятий в США используют системы OTC; их водозаборные сооружения ежегодно убивают миллиарды рыб и других организмов. Более подвижные водные хищники поедают организмы, застрявшие на экранах, а теплые водоросли и падальщики колонизируют сброс охлаждающей воды, питаясь затянутыми организмами. Закон США о чистой воде обязывал Агентство по охране окружающей среды (EPA) разработать правила для водозаборных сооружений промышленных систем охлаждения. EPA опубликовало окончательные правила для новых объектов в 2001 году (с поправками в 2003 году) и для существующих объектов в 2014 году.

Few other cooling applications approach the large volumes of water required to condense low pressure steam at power stations. Many facilities, particularly electric power plants, use millions of gallons of water per day for cooling. Water cooling on this scale may alter natural water environments and create new environments. Thermal pollution of rivers, estuaries and coastal waters is a consideration when siting such plants. Water returned to aquatic environments at temperatures higher than the ambient receiving water modifies aquatic habitat by increasing biochemical reaction rates and decreasing the oxygen saturation capacity of the habitat. Temperature increases initially favor a population shift from species requiring the high oxygen concentration of cold water to those enjoying the advantages of increased metabolic rates in warm water. Once through cooling (OTC) systems may be used on very large rivers or at coastal and estuarine sites. These power stations put the waste heat into the river or coastal water. These OTC systems thus rely upon an ample supply of river water or seawater for their cooling needs. Such facilities are built with intake structures designed for bringing in large volumes of water at a high rate of flow. These structures tend to also pull in large numbers of fish and other aquatic organisms, which are killed or injured on the intake screens. Large flow rates may trap slow swimming organisms including fish and shrimp on screens protecting the small bore tubes of the heat exchangers from blockage. High temperatures or pump turbulence and shear may kill or disable smaller organisms that pass through the screens entrained with the cooling water. More than 1,200 power plants and manufacturing facilities in the U. S. use OTC systems; the intake structures kill billions of fish and other organisms each year. More agile aquatic predators consume organisms impinged on the screens; and warm water predators and scavengers colonize the cooling water discharge to feed on entrained organisms. The U. S. Clean Water Act required the Environmental Protection Agency (EPA) to issue regulations on industrial cooling water intake structures. EPA issued final regulations for new facilities in 2001 (amended 2003), and for existing facilities in 2014.

Башни охлаждения

В качестве альтернативы ГПС, промышленные градирни могут использовать рециркулируемую речную воду, прибрежную воду (морскую воду) или воду из скважин. Большие механические градирни с принудительной или естественной тягой на промышленных предприятиях непрерывно циркулируют охлаждающую воду через теплообменники и другое оборудование, где вода поглощает тепло. Это тепло затем рассеивается в атмосферу за счет испарения части воды в градирнях, где восходящий поток воздуха контактирует с нисходящим потоком воды. Потеря испарившейся воды, удаляемой в атмосферу, компенсируется подпиточной пресной речной или охлаждающей водой, однако объем воды, теряемый при испарительном охлаждении, может негативно сказаться на естественной среде обитания водных организмов. Поскольку испарившаяся чистая вода заменяется подпиточной водой, содержащей карбонаты и другие растворенные соли, часть циркулирующей воды постоянно удаляется в виде "сбросной" воды для минимизации чрезмерного накопления солей в циркулирующей воде; эти сбросные стоки могут изменять качество принимающего водного объекта.

Двигатели внутреннего сгорания

Нагретая смесь охлаждающей жидкости может использоваться для обогрева воздуха внутри автомобиля посредством радиатора отопителя. Кроме того, водяная рубашка охлаждения двигателя эффективно снижает механический шум, делая работу двигателя тише.

Открытый метод

Система охлаждения открытого типа использует испарительное охлаждение, понижая температуру оставшейся (не испарившейся) воды. Этот метод был распространен в ранних двигателях внутреннего сгорания, пока не обнаружилось образование накипи из-за растворенных солей и минералов в воде. В современных системах охлаждения открытого типа постоянно сбрасывается небольшая часть циркулирующей воды (выдув) для удаления растворенных твердых веществ в концентрациях, достаточных для предотвращения образования накипи. Некоторые открытые системы используют недорогую водопроводную воду, однако это требует более высокой скорости выдува, чем при использовании деионизированной или дистиллированной воды. Системы, использующие очищенную воду, также нуждаются в выдуве для удаления накоплений побочных продуктов химической обработки, предотвращающих коррозию и обрастание.

Напряжение

Вода для охлаждения имеет температуру кипения около 100 градусов Цельсия при атмосферном давлении. Двигатели, работающие при более высоких температурах, могут требовать замкнутого контура с избыточным давлением для предотвращения перегрева. Современные автомобильные системы охлаждения часто работают под давлением, чтобы повысить температуру кипения охлаждающей жидкости и уменьшить потери на испарение.

Противозамерзающее средство

Использование водяного охлаждения сопряжено с риском повреждения от замерзания. Автомобильные и многие другие системы охлаждения двигателей требуют использования смеси воды и антифриза для снижения температуры замерзания до температуры, которая вряд ли будет достигнута. Антифриз также ингибирует коррозию разнородных металлов и может повысить температуру кипения, обеспечивая более широкий диапазон температур охлаждения воды. Размер внутреннего радиатора может варьироваться: от 40 мм с двумя вентиляторами (80 мм) до 140 мм с четырьмя вентиляторами (560 мм) и толщиной от 30 мм до 80 мм. Вентиляторы радиатора могут быть установлены с одной или обеих сторон. Внешние радиаторы могут быть значительно больше внутренних, поскольку не требуют размещения внутри корпуса компьютера. Корпуса высокого класса могут иметь два порта с резиновыми уплотнителями на задней панели для входных и выходных шлангов, позволяющие размещать внешние радиаторы на значительном расстоянии от ПК. Для удаления попавшего воздуха из циркулирующей воды используется Т-образная линия. Она состоит из тройника и участка трубки с заглушкой. Трубка выполняет функцию мини-резервуара и позволяет пузырькам воздуха попадать в нее, улавливаясь в тройник, и в конечном итоге удаляться из системы путем продувки. Заглушенная линия может быть оснащена фитингом для заливки, чтобы выпускать скопившийся газ и добавлять жидкость. Системы водяного охлаждения для настольных компьютеров до конца 1990-х годов, как правило, были самодельными. Они изготавливались из автомобильных радиаторов (или чаще, отопителя автомобиля), аквариумных насосов и самодельных водоблоков, ПВХ и силиконовых трубок лабораторного качества, а также различных резервуаров (самодельных из пластиковых бутылок или изготовленных из цилиндрического акрила или листов акрила, обычно прозрачного) и/или Т-образной линии. В последнее время все больше компаний производят компоненты для водяного охлаждения, достаточно компактные для установки внутри корпуса компьютера. Это, а также тенденция к процессорам с более высоким тепловыделением, значительно повысили популярность водяного охлаждения. Энтузиасты разгона иногда используют компрессионное паровое охлаждение или термоэлектрические охладители вместо более распространенных стандартных теплообменников. Системы водяного охлаждения, в которых вода охлаждается непосредственно испарительной секцией системы фазового перехода, способны охлаждать циркулирующую охлаждающую жидкость ниже температуры окружающей среды (что невозможно со стандартным теплообменником) и, следовательно, обычно обеспечивают более эффективное охлаждение тепловыделяющих компонентов компьютера. Недостатком охлаждения с фазовым переходом или термоэлектрического охлаждения является более высокое энергопотребление и необходимость добавления антифриза из-за низкой температуры. Кроме того, для предотвращения повреждений, вызванных конденсацией водяного пара из воздуха на охлаждаемых поверхностях, необходимо использовать изоляцию, обычно в виде теплоизоляции вокруг водопроводных труб и неопреновых прокладок вокруг охлаждаемых компонентов. Распространенными источниками систем фазового перехода являются бытовые осушители или кондиционеры воздуха. Альтернативная схема охлаждения, которая также позволяет охлаждать компоненты ниже температуры окружающей среды, не требуя антифриза и теплоизоляции труб, заключается в размещении термоэлектрического устройства (обычно называемого «переходом Пельтье» или «пелтом» в честь Жана Пельтье, который описал этот эффект) между тепловыделяющим компонентом и водоблоком. Поскольку зона температуры ниже окружающей среды теперь находится только на границе с тепловыделяющим компонентом, изоляция требуется только в этой локализованной области. Недостатком такой системы является более высокое энергопотребление. Чтобы избежать повреждений от конденсации вокруг перехода Пельтье, правильная установка требует его заливки силиконовой смолой. Смола наносится по краям устройства, предотвращая попадание или выход воздуха. Apple Power Mac G5 был первым массовым настольным компьютером, в котором водяное охлаждение было стандартным (хотя и только в самых быстрых моделях). Dell последовала примеру, поставляя свои компьютеры XPS с жидкостным охлаждением, используя термоэлектрическое охлаждение для помощи в охлаждении жидкости. В настоящее время Dell предлагает жидкостное охлаждение только в своих настольных компьютерах Alienware. Asus — первый и единственный массовый бренд, начавший серийное производство ноутбуков с водяным охлаждением. Эти ноутбуки имеют встроенную гибридную систему воздушного/водяного охлаждения и могут подключаться к внешнему жидкостному радиатору для дополнительного охлаждения и электропитания.

The use of water cooling carries the risk of damage from freezing. Automotive and many other engine cooling applications require the use of a water and antifreeze mixture to lower the freezing point to a temperature unlikely to be experienced. Antifreeze also inhibits corrosion from dissimilar metals and can increase the boiling point, allowing a wider range of water cooling temperatures. Internal radiator size may vary: from 40 mm dual fan (80 mm) to 140 quad fan (560 mm) and thickness from 30 mm to 80 mm. Radiator fans may be mounted on one or both sides. External radiators can be much larger than their internal counterparts as they do not need to fit in the confines of a computer case. High end cases may have two rubber grommeted ports in the back for the inlet and outlet hoses, which allow external radiators to be placed far away from the PC. A T Line is used to remove trapped air bubbles from the circulating water. It is made with a t connector and a capped off length of tubing. The tube n acts as a mini reservoir and allows air bubbles to travel into it as they are caught into the "tee" connector, and ultimately removed from the system by bleeding. The capped line may be capped with a fill port fitting to allow the release of trapped gas and the addition of liquid. Water coolers for desktop computers were, until the end of the 1990s, homemade. They were made from car radiators (or more commonly, a car's heater core), aquarium pumps and home made water blocks, laboratory grade PVC and silicone tubing and various reservoirs (homemade using plastic bottles, or constructed using cylindrical acrylic or sheets of acrylic, usually clear) and or a T Line. More recently a growing number of companies are manufacturing water cooling components compact enough to fit inside a computer case. This, and the trend to CPUs of higher power dissipation, has greatly increased the popularity of water cooling. Dedicated overclockers have occasionally used vapor compression refrigeration or thermoelectric coolers in place of more common standard heat exchangers. Water cooling systems in which water is cooled directly by the evaporator coil of a phase change system are able to chill the circulating coolant below the ambient air temperature (impossible with a standard heat exchanger) and, as a result, generally provide superior cooling of the computer's heat generating components. The downside of phase change or thermoelectric cooling is that it uses much more electricity, and antifreeze must be added due to the low temperature. Additionally, insulation, usually in the form of lagging around water pipes and neoprene pads around the components to be cooled, must be used in order to prevent damage caused by condensation of water vapour from the air on chilled surfaces. Common places from which to obtain the required phase transition systems are a household dehumidifier or air conditioner. An alternative cooling scheme, which also enables components to be cooled below the ambient temperature while obviating the requirement for antifreeze and lagged pipes, is to place a thermoelectric device (commonly referred to as a 'Peltier junction' or 'pelt' after Jean Peltier, who documented the effect) between the heat generating component and the water block. Because the only sub ambient temperature zone now is at the interface with the heat generating component itself, insulation is required only in that localized area. The disadvantage of such a system is higher power dissipation. To avoid damage from condensation around the Peltier junction, a proper installation requires it to be "potted" with silicone epoxy. The epoxy is applied around the edges of the device, preventing air from entering or leaving the interior. Apple's Power Mac G5 was the first mainstream desktop computer to have water cooling as standard (although only on its fastest models). Dell followed suit by shipping their XPS computers with liquid cooling, using thermoelectric cooling to help cool the liquid. Currently, Dell's only computers to offer liquid cooling are their Alienware desktops. Asus are the first and only mainstream brand to have put water cooled laptops into mass production. Those laptops have a built in air/water hybrid cooling system and can be docked to an external liquid cooling radiator for additional cooling and electrical power.

Корабли и лодки

Вода – идеальная среда охлаждения для судов, так как они постоянно находятся в окружении воды, температура которой, как правило, остаётся низкой в течение всего года. Системы, работающие с морской водой, должны изготавливаться из купроникеля, бронзы, титана или других материалов с аналогичной коррозионной стойкостью. Вода, содержащая осадок, может потребовать ограничения скорости потока в трубопроводах, чтобы предотвратить эрозию при высокой скорости или засорение из-за осаждения при низкой скорости.

Другие применения

Транспирация растений и потоотделение животных используют испарительное охлаждение для предотвращения повышения температуры, которое может привести к невыносимо высоким темпам метаболизма. Пулеметы, используемые в стационарных оборонительных позициях, иногда применяют водяное охлаждение для увеличения срока службы ствола при интенсивном огне, однако вес воды и насосной системы значительно снижает мобильность водяного охлаждаемого оружия. Водяные пулеметы широко использовались обеими сторонами в ходе Первой мировой войны; однако к концу войны на поле боя стали появляться более легкие образцы оружия, которые по огневой мощи, эффективности и надежности не уступали водяным моделям. Таким образом, водяное охлаждение оружия стало играть гораздо меньшую роль в последующих конфликтах. В одной из больниц Швеции используется охлаждение талой водой для охлаждения центров обработки данных, медицинского оборудования и поддержания комфортной температуры в помещениях. Некоторые ядерные реакторы используют тяжелую воду в качестве теплоносителя. Тяжелая вода применяется в ядерных реакторах, поскольку она слабее поглощает нейтроны, что позволяет использовать менее обогащенное топливо. Для основной системы охлаждения предпочтительнее использовать обычную воду через теплообменник, так как тяжелая вода значительно дороже. Реакторы, использующие другие материалы в качестве замедлителя (графит), также могут использовать обычную воду для охлаждения. Высококачественная промышленная вода (получаемая обратным осмосом или дистилляцией) и питьевая вода иногда используются на промышленных предприятиях, требующих высокочистой охлаждающей воды. Производство такой воды высокой чистоты приводит к образованию отходов – концентрированных рассолов, содержащих примеси из исходной воды. В 2018 году исследователи из Университета Колорадо в Боулдере и Университета Вайоминга изобрели метаматериал радиационного охлаждения под названием "RadiCold", разработка которого ведется с 2017 года. Этот метаматериал способствует охлаждению воды и повышению эффективности выработки электроэнергии, охлаждая находящиеся под ним объекты за счет отражения солнечных лучей и одновременного рассеивания тепла с поверхности в виде инфракрасного теплового излучения.

Plant transpiration and animal perspiration use evaporative cooling to prevent high temperatures from causing unsustainable metabolic rates. Machine guns used in fixed defensive positions sometimes use water cooling to extend barrel life through periods of rapid fire, but the weight of the water and pumping system significantly reduces the portability of water cooled firearms. Water cooled machine guns were extensively used by both sides during World War I; however, by the end of the war lighter weapons that rivaled the firepower, effectiveness and reliability of water cooled models began to appear on the battlefield. Thus water cooled weapons have played a far lesser role in subsequent conflicts. A hospital in Sweden relies on snow cooling from melt water to cool its data centers, medical equipment, and maintain a comfortable ambient temperature. Some nuclear reactors use heavy water as coolant. Heavy water is employed in nuclear reactors because it is a weaker neutron absorber. This allows for the use of less enriched fuel. For the main cooling system, normal water is preferably employed through the use of a heat exchanger, as heavy water is much more expensive. Reactors that use other materials for moderation (graphite) may also use normal water for cooling. High grade industrial water (produced by reverse osmosis or distillation) and potable water are sometimes used in industrial plants requiring high purity cooling water. Production of these high purity waters creates waste byproduct brines containing the concentrated impurities from the source water. In 2018, researchers from the University of Colorado Boulder and University of Wyoming invented a radiative cooling metamaterial known as "RadiCold", which has been developed since 2017. This metamaterial aids in cooling of water and increasing the efficiency of power generation, in which it would cool the underneath objects, by reflecting away the sun's rays while at the same time allowing the surface to discharge its heat as infrared thermal radiation.