PC liquid cooling

Abstract

Tämä opinnäytetyö käsittelee tietokoneen nestemäistä jäähdytystä ja sen vaikutusta tietokonelaittestoon, kuten näytönohjaimeen ja keskusyksikköön. Projektin tavoitteena on päivittää tietokoneen jäähdytys ilmajäähdytyksestä nestemäiseen ja mittaamalla selvittää sen vaikutus suorituskykyyn. Tarkoituksena on saada tietokoneeseen lisää lämpökapasiteettia ja laajentaa jäähdytyspinta-alaa radiaattoreiden avulla, minkä ansiosta tietokoneen äänitaso voisi laskea vähentämällä tuuletintehoa.

Nestemäistä jäähdytystä tullaan täydentämään ESP32-mikro-ohjaimella, joka on jäähdytyksen ohjain. ESP32:n pohjalle rakennetaan piirilevy, jonka komponettirakenne on lämpöanturi, tuuletinliitin, jossa pulssinleveysmodulaatio (PWM), ja summeri virheäänimerkkiä varten. Sen avulla jäähdytysnesteen lämpötiloja seurataan, ja tietoa hyödyntäen tapahtuu tuulettimien ohjaus radiaattoreissa. Sen ansiosta tuulettimien äänitaso pysyy matalana, kun tietokoneen laitteistoa ei lämpökuormiteta.

ESP32 on sijoitettuna tietokoneeseen, joka toimii erillisenä ohjausyksikkönä koko nestejäähdytystä varten. Mikro-ohjaimen integroinnin jälkeen tietokoneen jäähdytyskapasiteetti varmistetaan lämpökuormituksella eli tehokuormitetaan keskusyksikköä ja näytönohjainta. Seurataan myös radiaattoreiden tuuletinnopeuden ja nesteenvirtauksen vaikutusta jäähdytystehokkuuteen. Viimeisenä pyritään matemaattisesti toteamaan jäähdytyksen toimivuus.

Lämpökuormitusohjelmien avulla suoritettu projekti todentaa, että tietokoneen jäähdytyskyky on saatu paremmaksi. Samalla on saatu luottoa siihen, että tietokone kykenee toimia vaativissa prosessointitehtävissä ilman huolta ylikuumentamisesta. Projekti on todettu onnistuneeksi ja tietokoneen uutta jäähdytystä tullaan käyttämään jatkossakin.

The purpose of this thesis is to design and develop a custom liquid-cooling monitoring and control system for a high-performance desktop computer. The motivation for the project arises from the limitations of the existing motherboard, which lacks native support for coolant-temperature sensing and advanced cooling-control features. Effective thermal management is increasingly important in modern PCs due to rising power densities of CPUs and GPUs, making improved monitoring and adaptive cooling essential for stability, performance, and component longevity.

The system is implemented using an ESP32 microcontroller, an NTC thermistor for coolant-temperature measurement, and PWM-controlled radiator fans managed through custom firmware. Additional safety functions—such as a buzzer alarm for overheating or sensor malfunction—are integrated to enhance reliability. Thermal performance is evaluated through controlled stress-testing using MSI Kombustor, HWiNFO, and PuTTY for data logging. The report is structured to first introduce theoretical background on heat transfer and cooling methods, followed by hardware and software design, prototype development, and experimental analysis.

The results demonstrate that the system operates reliably and improves cooling performance by enabling accurate coolant-temperature monitoring and dynamic fan-speed adjustment. Thermal tests show increased cooling efficiency, especially at higher pump flow rates, and confirm sufficient thermal headroom under maximum load. This solution benefits PC enthusiasts, overclockers, and users of custom water-cooled systems who require precise cooling control. Future improvements may include wireless monitoring via ESP32’s built-in connectivity and the development of an external radiator module to further reduce ambient room temperatures. Limitations of the current design include the absence of wireless features and some constraints in physical case layout, which will be addressed in future iterations.