今回Raspberry Pi 5で安心できるファンレス化はできないか？

今回Raspberry Pi 5で、もっとも冷えるファンレス化を行います。Raspberry Pi 5用アクティブクーラーは1000円ぐらいなので、それを購入すればよい話ですが、どうしてもRaspberry Pi 5を完璧なファンレス化したい方のための記事です。静音性と信頼性を兼ね備えたセットアップを目指します。

Raspberry Pi 5は、その前世代モデルと比較して大幅に性能が向上した一方で、発熱量も著しく増加しています。Raspberry Pi財団の公式情報が詳しいので参考に紹介します。Raspberry Pi 5は発熱しやすく高負荷時に冷却なしでは、すぐに85°Cになります。サーマルスロットリングが発生します。アイドル状態でも65°Cになるホカホカ仕様です。秒速でホッカイロです。

またアクティブクーラーを装着しても、ファンを動作させなければ85°Cに達してサーマルスロットリングが発生します。以上からアクティブクーラー（ファン動作）が必須な製品です。

 

Raspberry Pi 5用のアルミケースでどれだけ冷える？

AmazonなどでRaspberry Pi 5のファンレスを検索すると、だいたい同じアルミケースが出てきます。GeeekPiとか、ブランド名が違う似たような製品がでてきます。

Raspberry Pi 5用アクティブクーラーとファンレスアルミケースを比較した記事を探しました。以下Youtubeの動画です。左からケース無しで最大73.6°、アクティブクーラーで最大57°、ファンレスGeeekPiで最大67.5°という結果です。

ケース無しで最大73°ということは、室温が低いか控えめなベンチかもしれません。ケース無しとGeeekPi（ファンレス）で-6°ぐらいしか変わらないとも読めます。グラフはまだ温度が上がりきっていないので、もっと熱くなるでしょう。

以下noteなどのRaspberry Pi 5のファンレス記事の検証結果を見ますと、①最大62.80°C、②最大70°付近という結果です。それらの検証を合わせて考えますとファンレスのアルミニウムケースは、室温20～30°で60～70°ぐらいという感覚なのだと思います。環境温度が30°ぐらいになると、70°いっちゃうという感じでしょう。

①ラズパイ5はファンレスケースで使えるか？
https://note.com/ryobeam/n/n3c1d5005f23e

②RaspberryPi5の発熱調査
https://tsuzureya.net/raspberrypi5-heat-comparison-with-pi4/

 

70°はちょっと熱すぎますよ。50°～60°ぐらいにしたい

ちなみに70°になると触ったときに心配になるくらいの温度です。アチってなります。50°～60°に温度を抑えたいですよね。さすがにアルミケースのヒートシンクだけでは、冷却が追いつかないと思いつつ。もっと最強のファンレス冷却ケースはないのだろうかと探しました。産業向けのRaspberry Pi 5用 冷却システムで、ヒートパイプ+ヒートシンクタイプがありました。

Raspberry Pi 5で完全なファンレスを実現するには、ヒートパイプ+大型ヒートシンクを繋げるというのが一つの答えといえます。ファンレスなのにRaspberry Pi 5用アクティブクーラーと同等かそれ以上に冷えている点も高ポイントです。CPUクーラーについているような②銅製ヒートパイプにヒートシンクが繋がっている本格的なものです。①室温27°で③56°という驚異的なグラフです。

Entaniya Raspberry Pi 5用 ヒートパイプ + フィン
https://e-products.entaniya.co.jp/list/raspberrypi-raspberry-pi-related-products/heat-sink/hp-pi5/heatpipe-heatsink-pi5/

 

完璧なファンレスのことだけを考える

完全なファンレスを目指さない場合は、Raspberry Pi 5用アクティブクーラーで十分ですが、最強のRaspberry Pi 5ファンレスを目指してみましょう。以下の実際に組み立てるのは「ヒートパイプ + フィン Raspberry Pi 5用 【A107】 RP-HC-02+ハムニカケースセット」です。それぞれ個別に購入できますが、専用ケースが必要になるのでハムニカケースセットも一緒に使ったほうよいでしょう。

Raspberry Pi5本体の価格を超えているとか、考えている場合ではありません。完璧なファンレスにすることだけ考えるのです。

 

実際に組み立てしてみる

ヒートパイプ + フィン Raspberry Pi 5用 【A107】 RP-HC-02
https://entaniya.shop-pro.jp/?pid=183837467

Raspberry Pi 5本体にヒートパイプが付いたヒートシンクを取り付けます。Raspberry Pi 5の周辺機器と思えない品質です。もうこれはCPUクーラーですね。

熱伝導シートを張り銅製のプレートで固定します。

その上にさらに熱伝導シートを貼ったヒートパイプを取り付けます。

ヒートパイプを固定します。

大型の冷却フィンをされに取り付けます。

フィンにより放熱の面積が広がっていますので、冷えないわけがありません。

次にハムニカ上のケースを取り付けます。爪を合わせるとケースになります。

このような感じに完成しました。産業向けの製品のため半完成品キットのようになっております。 Raspberry Pi 5に何かしらの追加機材をつけたり、DINレールに取り付けたり柔軟なカスタマイズが前提となります。

 

負荷400％で温度ベンチマークテスト

温度のベンチマークを試してみましょう！試作中の機材でストレステストをします。

先ほどのRaspberry Pi財団のHeating and cooling Raspberry Pi 5にサンプルコードが掲載されています。

Heating and cooling Raspberry Pi 5：
https://www.raspberrypi.com/news/heating-and-cooling-raspberry-pi-5/

仮想環境を準備して実行します。4コア100％の負荷をかけます。

ベンチ結果ですが、一番左が秒数、次は温度、クロック、スロットリングが発生したかの情報になります。今日の気温は21°です。

(pi5_benchmark_env) tech@raspberrypi:~ $ python vcgencmdPython.py
———————————————————
0,32.9,1800,False
1,33.4,1500,False
2,32.3,1500,False
3,32.9,1500,False
4,32.9,1500,False
5,32.3,1500,False
6,32.9,1500,False
7,31.8,1500,False
8,32.9,1500,False
9,33.4,1500,False
10,32.9,1500,False
———————————————————

400秒で50°まで温度が上昇しました。クロックも2400と順調です。Raspberry Pi 5の冷却が適切に機能しており、標準の2.4 GHz動作で問題なく動作していることがわかります。スロットリングも発生していません。手でヒートフィンを触るとほんのり暖かい感じです。

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458,52.1,2400,False
459,51.6,2400,False
460,52.7,2400,False
461,51.0,2400,False
462,51.6,2400,False
463,52.1,2400,False
464,52.7,2400,False
465,52.1,2400,False
466,50.5,2400,False
467,51.0,2400,False
468,52.1,2400,False
———————————————————

1000秒ぐらいからで56°ぐらいで安定しました。

———————————————————
1066,56.0,2400,False
1068,54.9,2400,False
1069,56.0,2400,False
1070,54.3,2400,False
1071,55.4,2400,False
1072,55.4,2400,False
1073,54.9,2400,False
1074,54.3,2400,False
1075,55.4,2400,False
1076,56.0,2400,False
1077,56.0,2400,False
1078,55.4,2400,False
1079,55.4,2400,False
1080,56.0,2400,False
1081,56.5,2400,False
1082,56.5,2400,False
1083,56.0,2400,False