Aircooling Basics Case Cooling Fans GPUs Practice Reviews

Beginner tutorial: Plan and assemble PC air cooling properly

We wrote about the chimney effect in the first part. However, this air flow alone is not enough, and you have to work on the air flow with a lot of waste heat. For this purpose, so-called housing fans are used, which in turn can differ by a large number of characteristics. Above all, the correct selection and design of the fans will later determine cooling performance and sound scenery. Even if air flow and noise are directly related – there are some rules to achieve as much throughput as possible with the lowest possible noise. But a little later more on that.

Big or small?

The size of the fan to be used is of course almost always specified by the housing and the holes in it. For such fans, there are therefore common standard sizes. We are only interested in the sizes of 60, 80, 92, 120 and 140mm, larger fans are usually already firmly installed in the housings. Of course, a fan is primarily there to generate an airflow using a fan wheel similar to an aircraft propeller. The logic here already leads to two conclusions: the faster a cooler rotates and the larger it is, the more air can be transported – which in turn can produce unpleasant and disturbing noises.

Generally speaking, however, one can say that the slower a fan rotates, the quieter it is. The resulting loss of power is then compensated by the size. Key message: a large, slow-rotating fan is preferable to a smaller, fast-rotating fan at any time. This is why the usual fan sizes of current housings are 120mm and, more recently, 140mm. Smaller 80mm fans should be avoided as much as possible for noise reasons. This is also important when buying a new housing. However, in the chapter on fan recommendations, we will also introduce a low-priced 80mm fan, which could provide a relief for the ears, at least for retrofitters.

Fan connection and control

The fans may be controlled or unregulated. You can already see the possibilities of a possible control on the respective fan plugs. We will later go into more detail about the voltages and possibilities of reassignment in order to influence the speeds with simple means. In general, however, all housing fans are operated with 12 volt connection voltage. This is provided directly by either the motherboard or the power supply. So-called power fans with more than 2 watts of power should always be fed directly from the power supply.

Here the large Molex plugs are used, where only 2 poles of the actual 4 poles are occupied: mass and 12 volts. The smaller, so-called “fan plugs” are also actually Molex plugs, but in smaller versions (the namesake here is also the company Molex, which created a standard for such plugs). These smaller connectors are designed for connection to the motherboard or fan controllers.

The small plugs in the 3-pin version still contain the return of the so-called speedometer signal in order to be able to read out the speed. 2- and 3-pin connected fans can only be controlled by changing the voltage. 4-pin fans are mainly used for CPU coolers, where the speed can be controlled from the outside with the help of the so-called PWM (pulse width modulation) (e.g. temperature-dependent).

What is throughput?

Simple answer: the amount of air that can be transported by the fan in a given time. This information is therefore a very important feature for us. Unfortunately, different units are used for this information, which can confuse laymen in particular. In English (and most manufacturer’s data) the specification in cfm (cubic foot per minute) is used more often, while in German trade m3/h (cubic meters per hour) is used. So the mess is almost complete. We don’t want to get bored with the complete calculation path, but offer the reader a simple comparison and conversion aid. So here is the simplified conversion table:

Output Conversion factor Target
1 m3/h x 0.58867 0.58867 cfm
1 cfm / 0.58867 1.69874 m3/h

Calculation example:

In keeping with the summer, we buy a table fan with a throughput of 840 m3/h in a German electric market. What is the equivalent value of the US manufacturer in cfm? We calculate logically: 840 x 0.58867 =494.4828. Congratulations! So we see that in principle it is not that difficult

How do fan noises occur and what is it?

Noises are usually a colorful frequency mixture and therefore actually very difficult to define exactly. If one looks at the technical data of the fans, the so-called sound level of the fan in operation in dB (decibel) or dB(A) or in Sone (loudness). Disadvantage of these values: you still don’t know how such a fan really sounds in operation. Whether and how to find a noise disturbing is decided by many factors. Light noise, buzzing engine, bearing noise?  A fan with a lower sound level can therefore appear in some cases quite unpleasant than the supposedly “louder”.

It’s certainly a big noise here! Especially the rotor blades (blades) of a fan contribute to the background noise. Depending on the quality of the design and the speed, more or less pronounced demolition noises are produced at the leaf edges. In addition, the surface, position of the leaves (steepness) and their number actively affect the sound level. Corrugated leaf edges and leaf shapes, golf ball design and other gimmicks are expected to contribute to lower noise in some manufacturers. In addition, air vibrations can be caused by propellers rotating too close to grid covers and apertures, and the so-called “siren effect” is then obtained.

Sliding or ball bearings. Or what else?

Additional noises can come from the drive and are often annoying, especially at lower speeds, because “buzzing”. Grinding or crackling bearing noises are also not so easy to put into numbers, but they also have a superficially disturbing effect. Ball bearings run slightly lighter than plain bearings and usually have a fairly useful service life depending on lubrication/storage. However, if these fans are provided in cheap versions with only a single ball bearing, then due to the rotational movement and the air turbulence additional unintended transverse forces arise, which promote wear and lead to the dreaded ” clatters”.

Let’s open a fan and see a typical, very simple plain bearing. Not very quiet, but even repairable in an emergency.

Typical simple plain bearing. Not very quiet, but repairable in an emergency.

Double ball-bearing fans do not know this problem. However, plain bearings are usually even slightly quieter and in the design as ceramic bearings they also have the greatest service life, because ceramic has by far the lowest friction resistance with the appropriate surface quality. In general, however, one should prefer good ball-bearing fans to those with simple plain bearings, whereby with double ball-bearing fans one gets the best compromise of volume and durability. As always, the rest is a matter of faith, because the boundaries are blurred in high-quality speeches. We now see a diaphragtrail fan with ball bearings. If this is tight, the fan is a case for the ton.

Fan with ball bearings. If this is tight, the fan is a case for the ton.

However, we do not want to give a lecture on aerodynamics and mechanical engineering. In addition, there are other types of bearings that can be driven by the manufacturers’ films in a marketing-effective way. However, they are similar in principle, even if, for example, various liquids are used.  Whether liquid storage or other “inventions” are advertised, often the best solutions are not the most expensive and expensive in the end. The resulting throughput is therefore in relation to the volume and the sound impression of the quality of the product. The lower the latter values at the highest possible throughput, the more suitable the product will be for our use.

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big-maec

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OH, ist das ein vorbereiten für das was da noch kommt an Nextgen Ziegelsteine. Finde es gut wenn man sein Wissen zur Luftkühlung noch mal auffrischen kann. Eine gut geplante Luftkühlung könnte da von Vorteil sein.

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P
Pokerclock

Veteran

427 Kommentare 365 Likes

Sehr umfangreiches Tutorial! Vielen Dank! Entspricht soweit meinen Erfahrungen mit einer Vielzahl an Gehäusen und Lüfterkonfigurationen.

Was ich noch ergänzen - und nicht zwingend verallgemeinern - möchte anhand dieses Gehäuse: https://www.corsair.com/de/de/Kateg...8R-MicroATX-Mid-Tower-Gehäuse/p/CC-9011086-WW

Es hat sich hier im speziellen Fall mit dem Einsatz des AMD Wraith Prism gezeigt, dass einer (!) oben, am rechten Montageplatz montierter Lüfter, der in das Gehäuse hineinbläst (!) signifikant die CPU-Temperaturen senkt unter Volllast des gesamten Systems. Wenn vorne zwei Lüfter intake und ein Lüfter hinten outtake noch montiert sind. In jedem Fall deutlich besser als zwei oben montierte Lüfter als outtake. Bei ansonsten gleicher Lüfterkonfig.

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ApolloX

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1,663 Kommentare 930 Likes

Super Übersicht wie mit dem Aufbau der Hardware umzugehen ist!

Thema Lüftersteuerung ist noch etwas unterbelichtet, vor allem mit Hausmitteln aus Mainboard und freier Software, was sicher für 80% aller Nutzer reicht.
Ich könnte das Mal zusammenfassen, muss mich aber ein bissl in die Elektronik reinlesen, will ich aus der Hosentasche raus nicht weiß, wie viel die MB-Anschlüsse abkönnen.
Bzgl. Software bin ich seit 2 Jahren totaler Freund von FanControl.

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Casi030

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11,923 Kommentare 2,338 Likes

Der Regelfall ist doch normal 1A pro Lüfter Anschluss, somit 12 Watt max.

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Ghoster52

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1,407 Kommentare 1,061 Likes

Das muss man dem Handbuch entnehmen.
Bei meinen Taichi-Brettern kann ich pro Anschluss 2A entnehmen und bei einem Anschluss 3A (CPU)
ARGB- und RGB-Anschlüsse sind meist mit 3A angegeben.

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Martin Gut

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7,768 Kommentare 3,569 Likes

Da bin ich genau der selben Meinung. Die heutigen Mainboards haben praktisch immer genug Anschlüsse auch für viele Lüfter und bei einer Wakü auch für die Pumpe. Normalerweise können alle Anschlüsse mindestens 1 A (12 Watt) liefern, so dass man mehrere Lüfter an einen Anschluss hängen kann. Der Pumpenanschluss liefert oft sogar 2 A und kann auch für Lüfter verwendet werden. Heute sind praktisch alle Anschlüsse 4-polig und können auch 3-polige Lüfter regeln.

Mit Software wie FanControl kann man die Lüfter nach der Temperatur von CPU, Grafikkarte oder der Wassertemperatur regeln.

Somit gibt es eigentlich nichts mehr, was eine externe Lüfterregelung besser könnte. Da sehe ich keinen Grund mehr, zusätzliche Regelungen zu kaufen die doch sehr beschränkt sind. Es bringt auch kein Hersteller mehr neue Lüftersteuerungen auf den Markt, weil das keiner mehr braucht.

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Saschman73

Veteran

465 Kommentare 274 Likes

Bei meiner aktuellen Kiste habe ich mir die Software Aquasuite gegönnt in Kombination mit der Octo Lüftersteuerung. Egal ob Lüfter, Wasserpume, RGB usw. kann man mit der Software alles regeln ... und was mir besonders gut gefällt, man kann seine Monitoring-Oberfläche nach Lust und Laune gestalten.
Ich fand dieses Erklärbär-Video zur Software ganz gut.

View image at the forums

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S
Sternengucker80

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222 Kommentare 59 Likes

Für mich, gibt es nur 2 Regelungen. Ist der Rechner mit Luft gekühlt, langt das Mainboard. Ist der Rechner mit Wasser gekühlt, wird alles über die Aquaero gesteuert/ überwacht.

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RevAngel

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120 Kommentare 87 Likes

Wow, Igor, da hast du dich wieder selbst übertroffen! Das ist mit den Bildern so ziemlich der ausführlichste Planungskatalog den ich gesehen habe! Vielen Dank dafür!

Ist im Prinzip "ja nur Physik", aber ich weiß selbst das sich da manche schwer tun. Die Bilder sollten helfen die Fehler zu vermeiden die das System laut oder heißer machen als es sein könnte.

Wer auch immer plant einen PC selbst zusammen zu stellen sollte die Luftstrom-Planung definitiv vorher vornehmen. Der Artikel und die Bilder sind dazu wirklich hilfreich um sich das Ergebnis vorher zu visualisieren.

Ein Punkt der meiner Meinung noch leicht "gefehlt" hat ist das Gehäuse-Material. Voll-Aluminium, und damit meine ich nicht "Plastik mit Alu verblendet" oder "Stahl mit Alu verblendet", leitet Wärme im kompletten Bereich in dem die Wärme entsteht und da wo sie durch die Lüfter entlang geleitet wird nach außen. Wer also nicht unbedingt ein Glotz-Fenster braucht sollte eventuell zu einem Voll-Aluminium-Gehäuse greifen.

Noch mal vielen Dank an @Igor Wallossek Für diese sehr sinnvollen Informationen!

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Martin Gut

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7,768 Kommentare 3,569 Likes

Ich habe einmal nachgerechnet, was bei den üblichen Temperaturdifferenzen von 5 bis 10 Grad durch ein Gehäuse weg geht. Vor allem die Luftbewegung um das Gehäuse (freie Konvertion) ist so klein, dass die Gehäusewände weniger als 5 Watt abgeben. Alu oder Stahl spielt da praktisch keine Rolle (Plastik ist natürlich noch schlechter). Das Blech ist so oder so das, was am besten leitet. Aber es trägt auch im besten Fall keinen nennenswerten Beitrag zur Wärmeabfuhr bei. Die paar Watt sind das diskutieren nicht wert.

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Lagavulin

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226 Kommentare 181 Likes

@Igor Wallossek
Vielen Dank für diesen hervorragenden Grundlagenartikel!

In Hinblick auf meine „dicke Freundin in spe“ (alias RTX 4090) bin ich sehr gespannt auf Deinen Test der Karte in einem geschlossenen Gehäuse. Momentan habe ich ein bequiet Silent Base 802 (mit Airflow Panels). CB hat das mal für eine 3090 Ti mit dem Fractal Torrent verglichen – im Torrent war die Kühlung deutlich besser, was auch zu geringeren GraKa-Drehzahlen und damit weniger Lärm geführt hat. Was mir an dem Torrent aber gar nicht gefällt, ist das oben eingebaute Netzteil. Dieses Konzept kritisierst Du ja auch in Deinem Grundlagenartikel. Was bleibt da übrig an Alternativen für besseren Airflow? Ein Full Tower, bei dem man in der Front 3x140mm-Lüfter einbauen kann (gemäß dem Motto „viel hilft viel“ – aber nur wenn die Luft auch wieder raus kann)? Oder ein Gehäuse mit einer getrennten Netzteilkammer (bspw. Lian-Li), bei dem die GraKa (wie beim Torrent) durch 3 Lüfter im Boden mit Luft versorgt wird?

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MeinBenutzername

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209 Kommentare 74 Likes

Kommt mir irgendwie bekannt vor. ;) Danke fürs Auffrischen!

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e
eastcoast_pete

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1,466 Kommentare 825 Likes

Danke für den Auffrischer! Wenn's um GraKa Kühlung geht: gibt's denn überhaupt noch aktuelle Blower Karten im nicht-Profi Bereich? Die machen für mich immer noch am meisten Sinn, zumindest solange man bei Luftkühlung bleiben will.

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DaBo87

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76 Kommentare 49 Likes

Meinen normalen PC im Define R6 kühle ich mit sehr langsam drehenden 140mm Lüftern von Arctic:
2 x vorne einblasend, 1 x unten einblasend, 2 x oben ausblasend, 1 x hinten ausblasend
Die Red Devil 6700XT hab ich vertikal eingebaut, den 5900x, den ich im Eco Mode ohne SMT betreibe kühlt ein Noctua NH-U12A

Selbst im Sommer, wenns so 28° im Büro hat, höre ich fast nichts von der Kiste :)

Dann hab ich noch einen Retro PC mit einem Duron 700Mhz.
Lüfter vom Kühlkörper getrennt, und in die Seitenwand einen Noctua NF-A12x25 mit ULN Adapter gepflanzt und hab nun auch einen Silent-Retro PC. Der kleine Quirl auf dem Sockel-A Kühler war nicht auszuhalten :D

Die wahl des richtigen Lüfters / der richtigen Lüfter erhöht die Lebensqualität massiv :D

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Derfnam

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7,517 Kommentare 2,029 Likes

Yup. Guck bei Geizhals und filter da was rum, zB GeForces mit Radiallüfter.

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Lagavulin

Veteran

226 Kommentare 181 Likes

@DaBo87
Das Define R6 habe ich auch noch. Geniales Gehäuse: Die Front ist eine Tür. Wenn‘s im Sommer temperaturmäßig eng wird (übertakteter i7 9700K), öffnet man einfach die Fronttür und sofort geht die Drehzahl der Lüfter runter. Da kann man aber auch schön sehen, warum der Trend zur Meshfront geht.

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S
Stirrling

Mitglied

31 Kommentare 13 Likes

Das sind dann 35. Im Vergleich zu ~700 mit Axiallüftern. Die jünger sind als vier Jahre.

Die Blower Thematik und die Dual GPU Erläuterungen haben sich mMn überholt.

Aber ansonsten wieder ein schöner übersichtlicher Artikel.

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K
KalleWirsch

Veteran

186 Kommentare 91 Likes

@Igor Wallossek : Danke noch mal für den Artikel, der ist glaube ich schon etwas älter, aber ich liebe ihn, weil er die Dinge so schön zusammenfasst und anschaulich erklärt.

Ich steh auch auf Luftkühlung.

  • Läuft weitgehend wartungsfrei über Jahre
  • Bei vernünftigem Airflow sehr effektiv und leise.

Jetzt eignen sich diese modernen Glasgehäuse aus meiner Sicht nicht so gut um den Airflow zu optimieren, oder haben recht auffällige Lüftungsschlitze im Gehäusedeckel. Ich habe vor kurzem ein Meshgehäuse für einen Zweitrechner gekauft (Kurztest).
Das ist auch nicht schlecht und in allen Belangen gut anpassbar.

Dazu habe ich heute auch noch einen Kurztest: Selbstkonfigurierter Staubfilter mit Magnethalterung. hinzugefügt.

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K
KalleWirsch

Veteran

186 Kommentare 91 Likes

Ja, kann ich mir vorstellen, aber ist nicht schon der Wraith Kühler ein fauler Kompromiss?
Da ist doch genug Platz für einen Tower-Kühler?

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About the author

Igor Wallossek

Editor-in-chief and name-giver of igor'sLAB as the content successor of Tom's Hardware Germany, whose license was returned in June 2019 in order to better meet the qualitative demands of web content and challenges of new media such as YouTube with its own channel.

Computer nerd since 1983, audio freak since 1979 and pretty much open to anything with a plug or battery for over 50 years.

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