Der Modder der8auer senkte die CPU-Temperatur eines AMD Ryzen 7 9800X3D in einem Experiment um 19 °C, indem er einen 110 cm hohen, 3D-gedruckten Turm nutze. Durch den sogenannten Kamineffekt wurde ohne den Einsatz von Lüftern ein passiver Luftstrom erzeugt, der die Hitze effizient vom Radiator abzog.
In der PC-Community gilt die Idee, dass Gehäuse wie ein Schornstein funktionieren, oft als weit verbreiteter Glaube, der selten wissenschaftlich hinterfragt wird. Der deutsche Overclocker der8auer wollte prüfen, ob die Theorie des Kamineffekts – dass warme Luft aufsteigt und so kühle Luft von unten nachzieht – in der Praxis tatsächlich eine messbare Kühlleistung erbringt. Er stellte fest, dass das bloße Aufsteigen warmer Luft lediglich Konvektion ist, die um alles Warme herum geschieht. Ein echter Kamin funktioniert hingegen, weil die aufsteigende Luft in einem hohen Kanal gefangen ist und beim Aufsteigen kühle Luft von unten nachzieht; je höher der Kanal, desto stärker ist dieser Zug.
Die physikalische Grundlage ist der sogenannte Stack-Effekt. Dabei entstehen durch Temperatur- und Feuchtigkeitsunterschiede Differenzen in der Luftdichte, wodurch an der Basis des Turms eine Niederdruckzone entsteht. Diese saugt kalte Luft an, die dann am oberen Ende wieder austritt. Ein normales PC-Gehäuse ist jedoch meist zu niedrig, um diesen Effekt signifikant zu nutzen. Berechnungen für ein 55 cm hohes Gehäuse bei einer Raumtemperatur von 20 °C und einer Innentemperatur von 40 °C ergaben einen Druck von lediglich 0,4 Pascal. Der8auer vergleicht diesen Wert mit dem Druck, den man unter einer Wasserschicht von vier Hundertsteln eines Millimeters spüren würde – was dünner als ein menschliches Haar ist.
Die Versuchsreihe mit dem 3D-gedruckten PLA-Turm
Für den Test nutzte der8auer einen wassergekühlten Ryzen 7 9800X3D, der konstant auf 100 Watt begrenzt wurde, um eine gleichbleibende Wärmelast im Loop zu garantieren. Ein 240-mm-Radiator ohne Lüfter diente als Ausgangspunkt; dieser war so auf der Werkbank aufgebockt, dass Luft von unten an ihn gelangen konnte. Ohne zusätzliche Konstruktion stiegen die CPU-Temperaturen auf bis zu 90 °C, während das Wasser nach einer Stunde und zwanzig Minuten eine Temperatur von 61,5 °C erreichte. Eine Visualisierung mit einer Nebelmaschine zeigte, dass die Luft ohne Lüfter lediglich um die Lamellen driftete, anstatt durch sie hindurchzuströmen.
Um den Effekt zu testen, stapelte der8auer 3D-gedruckte PLA-Schirme auf den Radiator:
- 10 cm Höhe: Der erste Abschnitt senkte die Temperatur bereits um 0,5 °C, was der Modder so nicht erwartet hatte.
- 30 cm Gesamthöhe: Durch das Hinzufügen eines weiteren 20-cm-Abschnitts sank die Wassertemperatur über die folgenden 30 Minuten um etwa fünf Grad, während die Raumtemperatur stabil blieb. Die Nebelmaschine zeigte zu diesem Zeitpunkt noch keinen deutlichen Unterschied im Luftstrom.
- 110 cm Gesamthöhe: Für den finalen Test wurde ein 80-cm-Block aus vier einzelnen 20-cm-Teilen aufgesetzt, wodurch die gesamte Konstruktion 110 cm erreichte und fast die Decke berührte.
Beim letzten Schritt sank die Wassertemperatur bereits unter 55 °C, noch bevor der Modder die Konstruktion fertig verschraubt oder seine Kamera für die notwendige Ultrawide-Einstellung positioniert hatte. Innerhalb von fünf Minuten erreichte das Wasser 50 °C. Eine mit einer Nebelmaschine durchgeführte Visualisierung zeigte nun deutlich, dass die Luft aktiv durch den Radiator nach oben gezogen wurde, als ob Lüfter am oberen Ende installiert wären, berichtet Tom’s Hardware.
Das Ergebnis: 19 °C Temperatursturz ohne Lüfter
Die finale Messung via HWiNFO belegte den Erfolg des Experiments. Während der Prozessor ohne den Turm Spitzenwerte von 90 °C erreichte, sank die Temperatur mit dem 110-cm-Kamin auf 71 °C. Dieser Temperaturabfall von 19 °C beweist, dass der Stack-Effekt bei ausreichender Höhe eine effektive passive Kühlung ermöglicht.
Trotz des physikalischen Erfolgs bleibt die praktische Anwendung für Standard-PCs problematisch. Die benötigte Höhe von über einem Meter ist für die meisten Schreibtisch-Setups unrealistisch. Der8auer stellte fest, dass mechanische Lüfter im Grunde dasselbe Ziel verfolgen – die Erzeugung eines Druckunterschieds –, dies jedoch auf wesentlich kleinerem Raum und effizienter tun, ohne dass eine vertikale Freifläche von einem ganzen Meter über dem Schreibtisch erforderlich ist.
Historische Präzedenzfälle passiver Kühlung
Das Prinzip, auf die natürliche Konvektion und den Stack-Effekt zu setzen, ist in der Hardware-Geschichte nicht neu. Laut Hackaday wurde ein ähnlicher Ansatz bereits beim passiv gekühlten Power Mac G4 Cube sowie bei der SilverStone Raven-Serie (beispielsweise dem RV02) verwendet, bei der das Mainboard um 90 Grad gedreht wurde, um den Aufstieg der warmen Luft optimal zu nutzen.
Das Experiment unterstreicht die fundamentale Physik der Thermodynamik, zeigt aber gleichzeitig die Grenzen des passiven Designs auf. Während der 3D-gedruckte Turm die Theorie bestätigt, bleibt die Lösung für den Durchschnittsnutzer unpraktikabel. Der8auer, der zuvor unter anderem eine RTX 5090 Lightning Z im Wert von 7.000 $ auf eine Custom-Wasserkühlung umstellte, kommt zu dem Schluss, dass Lüfter weiterhin die vernünftige Option bleiben.
