電腦散熱器工作原理

在一臺常見的個人電腦當中 往往有兩個耗電大戶 一個是CPU 另外一個是顯卡 而高能耗自然也代表着高發熱 如何搭配合適的CPU散熱器成了多年不變的熱議話題 要想探討散熱器 必然避不開風水之爭 究竟是高性價比的風冷歷久彌新 還是略顯昂貴的水冷更勝一籌 風冷和水冷之間有哪些詳細的種類 工作原理是怎麼樣的 它們之間各有什麼優勢和劣勢 今天這期視頻 我們就來詳細瞭解一下常見的風冷和水冷散熱器 在介紹散熱器之前 我們首先需要知道一個概念 牛頓冷卻定律 當物體的表面與周圍存在溫度差時 單位時間內從單位面積散失的熱量與溫度差成正比 舉一個很簡單的例子 你把一個一百度的金屬方塊放到一個零度的環境裏 它會非常迅速的降溫 但是如果你把一個十度的金屬方塊放到一個零度的環境裏 它的降溫速率就會明顯低於一百度的方塊 由於CPU工作時會產生熱量 這些熱量會傳遞給散熱器 導致散熱器升溫 散熱器的溫度越高 它和周圍空氣的溫差就越大 熱傳遞的效率也就越高 它越容易把熱量散發到空氣當中 當散熱器的溫度高到一定的程度以後 熱傳遞的效率達到足以讓散熱器散發出去的熱量和CPU最大功耗時產生的熱量相等 此時溫度就不再會上升了 CPU的發熱和散熱器就達成了一個平衡 我們只需要讓此時CPU的核心溫度低於CPU的工作危險溫度 散熱器就是夠用的 除了溫差之外 影響散熱效率的另外一個因素就是表面積 散熱器是利用對流把熱量傳遞給空氣的 所以散熱器的表面積越大 它能用來和空氣接觸產生對流的部分就越多 而CPU的表面積非常小 如果我們直接用風扇吹CPU的表面效率就很低了 因此散熱器需要先把CPU產生的熱量從CPU傳遞出來 再把這些熱量均攤到一個更大的表面積上 最後再用風扇加強空氣的對流 到了這裏 你基本上就清楚風冷散熱器的基本工作原理了 接下來 我帶大家詳細瞭解一下市面上常見的風冷散熱器 這是一個普通的極鋁下壓式散熱器 其生產方式非常簡單 把一大塊鋁材加熱到高溫以後軟化 經過擠壓機在高壓條件下擠出後塑形冷卻 在切削掉多餘的部分就得到了散熱器的本體 除了擠壓之外 還有鑄造,鏟齒,切削等等工藝 這裏就不一一介紹了 這種一體成型的下壓式散熱器 其工作原理非常簡單 CPU頂蓋的熱量傳導到中間的實心鋁柱 實心鋁柱升溫以後 把熱量傳遞給四周的鰭片 再由風扇吸入冷風 通過空氣流通帶走高溫鰭片上產生的熱量 鋁材雖然便宜加工 但是其導熱效率只有同的一半 所以純鋁製的散熱器能壓制的功耗是比較低的 想要提高散熱性能也很簡單 把中間的實心鋁柱給掏空 然後換成一根導熱性能更好的實心銅柱 就可以讓熱量更快速的傳遞出來 銅雖然導熱效率比鋁高出將近一倍 但是還遠遠談不上高效導熱 聰明的人類發明了一個非常廉價 並且導熱效率極高的物品 熱管 我們都知道液體蒸發成氣體需要吸收熱量 而氣體變回成液體需要釋放熱量 熱管就是利用這個原理工作的 熱管的內部並不是實心的銅管 它的內部是中空的 並且填充有相變冷卻液 我們讓熱管的一頭接觸熱源 熱管內的相變冷卻液就會吸收熱量 進而沸騰蒸發成氣體 我們在另一頭給熱管進行散熱 由於此處的溫度比較低 當高溫的氣體飄蕩到此處時 就會釋放熱量變回成液體 蒸發段的氣體不斷的增加 冷凝段的氣體不斷的減少 由於存在壓強差 氣體就會自發的從蒸發段不斷的匯聚到冷凝段 蒸發段的液體不斷的被蒸發幹 此處的熱管壁就比較乾燥 冷凝段的熱管壁不斷有新的液體冷凝 此處就比較潮溼 而熱管壁的內側是具有微小孔洞的粉末狀燒結壁 液體會在毛細作用下逐漸侵蝕整個熱管壁 所以液體會逐漸的從潮溼的冷凝段迴流至蒸發段 如此循環往復 通過氣體液體氣體液體的改變 熱管就可以把熱量從一個地方轉移到另一個地方了 爲了保證熱管的高效運行 熱管內的壓強和外部是不同的 所以熱管在製造成型的最後會將熱管內抽成負壓 並採用燒結工藝直接封死熱管壁的末端 形成全封閉環境 所以所有的熱管末端 你都能看到這樣的燒結留下的小頭頭 不過千萬不要去掰 一旦熱管破損 壓強改變 內部的冷卻液泄漏 整根熱管就是報廢的了 而目前廣泛出現在各種電腦內部的是這種熱管加鰭片的塔式散熱 他的工作原理也很好理解 散熱器的底座直接接觸CPU的表面 CPU升溫以後 加熱了熱管內的液體 液體蒸發成氣體以後 上升到熱管的上方 由於上方有大量的低溫鋁製鰭片 此處的溫度較低 高溫的氣體冷凝以後 釋放熱量給鰭片冷卻液迴流 如此循環往復 最後在散熱塔前放置一個風扇 用來加快空氣的流通 這個便是非常常見的熱管塔式風冷的散熱原理 當然 除了這種豎立起來的塔式散熱 熱管加鰭片的組合同樣可以做成下壓式的 以便適應一些迷你機箱 比如說非常出名的利民AXP系列 熱管除了可以以管狀的形式出現之外 還可以以板狀的形態出現 被稱之爲均熱板 比如說20系的公版顯卡就採用了一大塊均熱板 在這個位置 你可以很明顯的看見最後風口的燒結段 然後在均熱板的另一面焊上大量鋁製散熱鰭片 這樣就可以非常高效的把顯卡核心熱量均攤到所有的鰭片上去了 一體式水冷的結構非常簡單 包含一體式冷頭 水管 冷排 風扇 一體式冷頭內部會包含有泵機 在工作的時候 冷頭會直接接觸CPU的表面 冷頭的另一面是採用CNC工藝切削出來的大量凹槽 被我們稱之爲微水道 冷水流進微水道以後會被CPU產生的熱量加熱 然後經過泵機帶動水流 流進水管 進入冷排 冷排內部有很多的水路 水路和水路之間會有大量的密集鰭片 熱水流入以後會把熱量傳遞給這些鰭片 我們只需要在冷排上加裝風扇 加強空氣流通 就可以給熱水降溫了 降溫以後的冷水會在泵的帶動下回流到冷頭內 如此循環往復實現熱量的傳遞加散發 所以你可以發現冷排的尺寸是決定散熱能力的關鍵 因爲它將直接決定水和空氣的熱交換效率 目前市面上常見的冷排主要就是120毫米 240毫米 360毫米 這三種規格 分體式水冷和一體式水冷的區別就在於 冷頭和泵以及冷排和水管都是分離的 你可以自己選擇水泵 自己選擇冷頭 自己選擇冷排 最後再用水管把它們連接起來 如果使用硬管進行連接 那你最後就得到了分體式硬管水冷 而如果你使用軟管連接 那你就得到了分體式軟管水冷 它的工作原理和一體式基本上是一模一樣的 冷水流進冷頭以後 帶走CPU和顯卡的熱量 然後送入冷排 將熱量傳遞給冷排上的鰭片 最後再用風扇吹出 所以你可以發現 無論是水冷還是風冷 最後都需要去和室內的空氣交換熱量 因此 無論是風冷還是水冷 你最後壓制住的平衡溫度 不可能會低於室溫 室溫很大程度上會影響到電腦散熱器的工作效率 好了 到了這裏 風冷和水冷的散熱工作原理基本上就全部科普完畢了 當我們瞭解他們的工作原理以後 就非常容易分析出他們之間的優勢和劣勢了 分體水冷是一個比較特殊的東西 我們放到最後講 先說風冷和一體式水冷 風冷最大的優勢就是便宜好用 通常一個單塔四熱管的風冷平均也就100塊錢左右 其散熱能效基本上可以和大部分120 雙塔的風冷基本上也就在200塊錢左右 能和一些240水甚至一些入門的360毫米一體水打一個五五開 而一體式水冷撇開一些入門款 稍微正常一點的120基本上得300塊錢左右 240的基本上就得到400到600塊錢了 360毫米的基本上得800到1000 而目前頂級的雙塔風冷 比如說利民的IBE也纔不過600塊錢 頂級風冷在風道良好的情況下 其散熱能力是完全不輸給360毫米的一體水冷的 風冷的另外一個優勢就是安全 目前市售的一體式水冷都是採用的全封閉設計 在出廠的時候就填充好了散熱用的水 並且內部的管路都是採用的密封設計 不允許用戶自行拆卸 也不用你自己加水 你買回來只需要把冷頭固定到CPU上 把冷排裝到機箱上就可以直接使用了 但是即便如此也不能做到萬無一失 畢竟誰也不能保證生產過程中有沒有出現一些小問題或者瑕疵 萬一你真的就是點被碰到不小心漏水了 到時候導致硬件燒燬就很麻煩了 不過大家也沒有必要說過於上綱上線 目前市面上的大品牌水冷方案已經非常的成熟了 除了早期的某些國產型號之外 還從來沒有聽說過有哪款一體式水冷出現過大面積的漏水現象 並且很多的大品牌都會提供保修器內的漏水包配全部硬件的服務 因此現在的一體式水冷也沒有那麼的不安全 但是相對於全風冷這種完全無風險的來講 肯定多多少少還會有一些不穩定的因素存在 風冷僅有的優勢也就是安全和價格了 由於散熱塔本身的特性 風冷只能把熱量從散熱塔吹離 這些熱量還是會堆積在機箱內部越堆越多 所以風冷散熱需要保證有不斷的冷空氣從正前方匯入 後方的熱空氣不斷的會被抽走 這就非常依賴你機箱的通風 因此你需要給你的機箱外加一些風扇才能保證比較好的效果 但是水冷就沒有這個問題 由於冷排是固定在機箱上的 熱量通過水流帶過來以後會直接從機箱上排到機箱外面 不會在機箱內部堆積 所以水冷的優勢就是不依賴機箱風道 冷排上自帶的風扇還可以用來輔助構建機箱風道 但是目前的顯卡都是用自帶下壓式風冷的 所以不管你CPU用的是風冷還是水冷 你都要多多少少的去注意一下機箱的通風 來保證顯卡的溫度正常 風冷的另外一個劣勢就是體積大 由於散熱效率和表面積有關 所以風冷只能依賴加大鰭片的面積來提高散熱能力 這就導致風冷在安裝好以後 會有一大坨散熱塔杵在主板上 導致CPU的周邊看上去非常的擁擠不美觀 現在的很多人都喜歡玩側透和RGB 這一大坨散熱塔就直接破壞了機箱內的美觀度和整潔度 並且很多的雙塔散熱會經常和高碼價內存發生衝突 有的設計不合理的散熱塔還會和顯卡發生衝突 而水冷由於冷排可以橫向延展開來 以平鋪的形式固定在機箱上 水管又可以隨意彎曲 主板上只會固定一個冷頭 看上去就比較漂亮和整潔了 還不用擔心會和內存或者顯卡打架 因此如果你是希望把你的機箱內弄的整潔漂亮一點 玩玩RGB這種最好選擇一體式水冷 而不要考慮風冷 風冷的體積大就間接性的決定了 使用塔式風冷的主機在長途運輸過程中很容易損壞 對於現在經常需要搬家換工作的年輕人來講 確實就不是很方便了 水冷的話 冷頭和冷排只是要固定好以後 一般在運輸的過程中很難會發生損壞的情況 至於噪音方面 由於風冷和水冷都有風扇 因此並不是說你用水冷噪音就會比風冷小了 最後還是要落實到風扇的品質上 水冷還比風冷多一個䨻 所以具體的噪音大小還要看具體的產品型號 並不是說風冷的噪音就一定會比水冷的高 而大家最關心的散熱能力上 我們會留到將來單獨做一期視頻 實測一下各種規格 各種品牌的散熱器在散熱效率上的具體差距 現在我們能告訴你們的就是在同定位的情況下 比如說頂級風冷對頂級水冷 高端風冷對高端水冷這種情況下 風冷無論是在溫度還是噪音表現上都會比水冷差一丟丟 但是由於風冷比水冷便宜 在同價格的情況下 風冷就能比水冷略強一點了 因此就在日常使用來講 風冷和水冷在溫度和噪音的表現上 其實是拉不開多大的差距的 但是如果說考慮極限散熱能力的話 由於本身的物理特性 風冷的上限是不如水冷的 無論是溫度表現還是噪音表現 目前還沒有風冷能和頂級的360毫米水冷抗衡的 節目的最後呢 講一下比較特殊的分體式水冷 分體式水冷給人最直觀的感受就是炫富和高端 各種水管在機箱內彎彎折折 一開機就能看見水流流動 整個給人感覺看上去就是很高級 並且由於分體式水冷採用的是獨立的水泵冷排和冷頭 再加上有超大的水箱作爲緩衝 在選擇高品質的水冷配件以後 其散熱能力遠超市面上常見的一體式水冷 但是分體式水冷並不是說像一體式水冷那樣 有一個成熟的方案 你上手即用的 它是一個比較小衆的市場 小衆就意味着價格很貴 一套分體式水冷質量稍微看得過去一點的 一整套下來基本上也得兩三千體步了 由於每個人的機箱和電腦硬件都不一樣 你還需要因地制宜的去設計管路的走法 軟管還好一點 要是硬管你還需要彎管子 那就相當的費勁了 並且由於涉及到大量的連接處 所以漏水的風險相對於有着成熟方案和全封閉水路的一體式水冷來講 是成倍數上漲的 並且由於水路是不完全封閉的 你需要定期的換水和清理水路 否則可能會滋生微生物導致堵塞 而且各種封閉用的橡膠圈和水管都有有限的壽命 需要隔兩三年左右整體的換一次 因此 除非說你是那種不差預算的土豪 也願意花時間在這上面折騰 把折騰當成一種愛好和樂趣 而不是說只裝個電腦用 否則的話就輕易的不要去考慮分體式水冷