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【水冷知識講堂】必看!DIY水冷系統的優點與缺點

【水冷知識講堂】必看!DIY水冷系統的優點與缺點

桌上型電腦水冷散熱原理其實和汽車引擎的水冷系統類似,都是利用液體吸收物體的熱能,再傳遞給散熱器組件,透過空冷或者是被動式散熱的方式散發熱能。水冷系統散熱能力強的秘訣,(一)因為水的吸熱與導熱都比空氣好,(二)因為水冷系統的總散熱面積也會比空冷系統大上許多。

以下小編來為大家分析水冷系統的優點缺點

性能優勢:室溫25℃的環境中,空氣的熱傳導係數只有0.024W/mk,而水是0.58W/mk,是空氣的24倍之多!同樣在25℃的環境之下,空氣的比熱容量是1012J/kg.k,而水的比熱容量是4186J/kg.k。對於熱愛超頻的玩家來說,水冷能很有效率的將低超頻所產生的高溫,提高晶片的核心Ghz和系統穩定度。水冷也比製冷片、乾冰、液態氮等容易結霜的散熱方式還要安全更多,適合長期穩性使用。

靜音優勢:有著散熱面積龐大的水冷散熱排,及大容積儲水水箱或被動式散熱的金屬水箱,水冷系統只需要低轉速的風扇就能獲得足夠的散熱能力,這對追求靜音的玩家很重要。

個人Style風格:目前市場上可取得繽紛多色的水冷液,及多色的水冷管,水冷系統要打造出獨一無二的漂亮外觀其實並不困難,加上UV色彩和簡短精緻的水路走法,都能使人驚嘆不己。

安裝靈活:水冷系統的吸熱(水冷頭)、導熱(水冷管及水冷液)及散熱(散熱排)這些結構組件都是自組分離式,透過柔軟度優異的R3603太空管靈活布局水路走法。憑組件分散組裝的先天優勢,使水冷系統能更充分的使用機殼內部的剩餘空間。

價格偏高:比起一體式水冷散熱器,DIY水冷系統的價格門檻較高,價格也會因品牌有著不同的售價,可能一片顯卡水冷頭的價格就高過了你電腦中的零組件。

仍有漏水風險:雖然現在的DIY水冷組件質量已經有了很大的進步,但仍可能因為操作不當或配置錯誤所導致漏水的可能性發生。

DIY水冷系統必須要有動手的能力,如何把來自不同廠牌的水冷組件合併結構安裝在電腦中,需要一定的規劃和動手能力,實踐經驗和想像力是玩DIY水冷最迷人的地方。


幫浦PUMP
幫浦的作用是推動水冷液其快速循環流動,用於水冷系統的幫浦大多都是無刷電機磁力設計。幫浦也分別為沉水式及外置式,外置式幫浦僅有接觸水的核心部體有防水密封,控制電路沒有防水措施,如果控制電路滲水可能導致幫浦燒毀。沉水式幫浦則有完善的防水功能,控制電路在水下雖然不會進水,但如果密封失效也可能導致滲水燒毀幫浦。沉水式幫浦浸泡在水中能有效的降低噪音,但性能不如外置式幫浦,且改裝套件也很少,玩法相對單調了許多。
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水箱
衡量幫浦性能的主要指標是流量和揚程。流量單位是LPH (公升/小時),LPM(公升/分鐘),GPM(加侖/分鐘)以及GPH(加侖/小時),幫浦所標示的流量都是在水阻為0的空載條件下測得,實際使用中水阻不可能為0,所以幫浦實際提供的流量肯定小於標示的最大流量。選購幫浦時,流量起碼要達到1GPM,可按照1GPM = 3.75LPM = 225LPM,或是1GPH = 0.0625LPM = 3.75LPH來換算。揚程代表幫浦克服水阻維持流量的能力,揚程越高的幫浦會有更好的抗水阻能力。常見的揚程單位有公尺和英尺兩種,可按照1英尺 = 0.3048公尺來換算。每款幫浦都有一條揚程和流量的測試曲線圖,也稱之為水組曲線圖。下圖二就是DDC幫浦的水阻曲線圖,實線為揚程和流量的關係,虛線為電功率與流量的關係。
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水冷散熱排
上一篇【水冷知識講堂】玩家不可不知的散熱排選擇有講到水冷系統中散熱排是關鍵,高檔等級的水冷散熱排通常是整套水冷系統成本中的NO.1。水冷系統的散熱裝置有三種,分別是水冷排
(Radiator散熱排/水冷排)、被動式散熱水箱(Passive Reservoir)以及使用半導體製冷片的主動式散熱(T.E.C Cooling)。

冷排其實是面積龐大的散熱片,吸收了熱能的水冷液視下圖中的箭頭方向流入另一端的連通室,通過6條扁銅管流到冷排的另一端。水流呈U字形路線流動的同時,其熱能會傳遞給12條扁銅管,扁銅管再將熱能傳遞給扁銅管之間的波浪形散熱鰭片,最後由風扇把鰭片上的熱能吹到空氣中。
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上圖的水冷散熱排是面積最小的一款,單層面只能安裝一顆12CM風扇,其扁銅管只有一層12根(也稱之為單層水道),散熱能力有限。水冷散熱排的散熱面積也等於散熱能力,要獲得更大的散熱面積,可以選擇厚排或雙層水道的水冷散熱排。其中120系列(12CM風扇)在電腦水冷中應用最廣泛。依照安面可安裝風扇的數量來看,冷排從一顆12CM風扇的120到四顆12CM風扇的480不等,其中3風扇的360規格因為體積與效能平衡,使用最多。

按厚度分類,常見的散熱排單層水道25mm、35mm厚度,雙層水道45mm、50mm、mm、55mm、60mm等厚度規格,甚至還有厚度達104mm的怪獸級散熱排。40mm及幾下厚度稱為薄排,40mm以上厚度稱為厚排,厚排的散熱能力通常比薄排還要更好。不過,厚排需要更高轉速的風扇才能發揮有效的壓抑性能。增加散熱鰭片或雙層散熱鰭片密度都可以直接增大散熱面積。

影響水冷散熱排效果因素除了前面所敘的尺寸規格、鰭片密度和風扇風扇之外,還要考慮銅材的純淨程度。鰭片的設計和焊接工藝,甚至表面防鏽漆的選擇含噴塗厚度等細節,都會影響到散熱效果。另外,水冷散熱排還可以用並聯或串聯的方式來增加總體散熱能力。


水冷頭水冷頭也稱之為冷頭,其作用是將核心發熱晶片熱能傳遞給水冷液,對整個水冷系統中性能影響錦旗次於水冷散熱排。水冷頭使用吸熱和導熱性良好的銅、鋁、甚至銀的金屬元素製作底部,讓底部直接接觸核心晶片吸收熱能,然後再把熱能傳遞給水冷液。按照內部水道的設計特色,水冷頭又分別為平板式、微水道式、常規水道式和噴射式等四種。

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平板式是最早期的設計,加工簡易水阻也小,性能較為差勁,已漸漸趨於淘汰,只有少數低熱能的部件如南、北橋的冷頭還使用這種設計。

常規水道式水冷頭是在平板式的基礎上增加了一些凸面或者圓柱,以增加與水接觸面積並帶來一定的亂流,從而增強散熱能力。常規水道設計廣泛應用於南、北橋。主板供電和全覆蓋式冷頭。

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微水道式的水冷頭內底部面有很多極精密的細長水道,使底面與水冷液接觸的面積大幅度增加,迫使水冷液高速通過密集的水道並產生較大的亂流,從而更有效的吸收熱能。它被廣泛運用在CPU水冷頭中。

而噴射式水冷頭的工作原理是將水冷液通過狹小的噴嘴快速噴射到不平整的內底部面上,提升局部流速並且形成很強的亂流,較需要注意的是,噴射式水冷頭的進出水孔不能反裝,必須依照水冷頭上in進、與out出的指示,否則會影響性能。

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EK先前的Supreme HF曾被公認為性能最強的冷頭之一,出廠時內部已安裝一片噴嘴導流板外,還另外提供了四片噴嘴導流板,其中甚至還有一個全平面的導流板讓玩家用戶自行加工。

也因噴射式水冷頭的性能備受好評,許多製造廠商開始推出所謂混血版設計,它的特點是沒有真正的噴射嘴,只是用上蓋簡單的把水引入內底部中心垂直注入。這樣的混血設計雖不能達到噴射式個高性能,但是工藝水準要求比噴射式水冷頭簡單,性能也相當得不錯。

主機板和顯示卡水冷頭是比較特殊的部件,他們的發熱多為分散方式。空間也比較狹小而窄。如果每個發熱部件上都必須安裝水冷頭,走管的難度與空間配置也會增大。在沒有全覆蓋水冷頭的年代,顯示卡使用核心晶片與顯卡記憶體各自獨立的方式,為了能將兩者連接起來,甚至還設計了一種專用的F形狀分管器、或90度彎頭把顯卡晶片與顯卡記憶體水冷頭做串聯。不過即使如此,顯示卡電供部份端還是照應支援不到。為克服以上這些缺點,全覆蓋式水冷頭也因此而誕生了,全覆蓋式水冷頭不但可以用一顆水冷頭照應多個發熱元件,還大大減少了接頭的數量,水冷布局走管也更美觀。

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當然,全覆蓋式水冷頭也有很明顯的缺點,就是通用性很差,幾乎只能針對特定的型號使用。全覆蓋式水冷頭只會針對幾種較高端的顯示卡設計,早期顯示卡全覆蓋式水冷頭只會針對公版所設計,想升級顯示卡可能就要更換全覆蓋式的水冷頭。主機板則沒有公版的概念,因此水冷製造廠商也只會針對玩家等級或較高端的主機板推出全覆蓋式的水冷頭。

流量對於水冷頭還說一般都是越大越好,大多數CP水冷頭的最佳表現通常是從1.5到2.0GPM(約337.5到550LPH),假如達不到這個流量水冷頭的性能就不能完全的發揮。如果流量1GPM以下,水冷頭的性能就會非常明顯的下降,特別為噴射式水冷頭最為明顯。


水箱
水箱在水冷系統中的主要作用是排出氣泡和方便注水加水。下圖演示中的藍色箭頭為水流的方向,橘色箭頭則排出氣泡的方向。由於氣泡會上浮,再跑水循環一段時間後水路中的空氣就會被持續排擠出。水箱最常用的材質依順序是壓克力、POM、鋁、銅。其中壓克力和POM材質占了水箱的絕大多數。依設計和安裝方式區分,水箱有圓柱式、5.25空間式和非標準式三種。

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圓柱水箱排氣泡和加水非常的方便,加工也較容易,且長度容量多種選擇,可使用不同的水容量毫升。進出水孔的設計也很靈活,但是為了加水的方便性,圓柱水箱通常都是採垂直立式安裝,需要使用扣具才能固定在機殼上,較短的圓柱水箱在水流動時會產生漩渦渦流。

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5.25″空間式水箱安裝極為方便,容易與機殼外觀結合,視察水位也很容易。但是尺寸較小的單槽5.25″水箱在水流動時形成的水波面,會產生較多的氣泡。非標準類式的水箱既不像圓柱式水箱,也無法直接安裝在5.25″空間中,所以他們基本上都會製作的小巧精緻,這樣可以在機殼中的位置隨意的發揮安裝。

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Swiftech MCRES Micro Revision 2 Reservoir這個小巧精緻的水箱曾在幾年前轟動一時!如此小的水箱甚至都能可以雙面膠直接貼在機殼上。

除了以上三種單純的水箱外,幫浦結合水箱的也是一種很受歡迎的形式,所謂幫浦結合水箱就是直接將幫浦上蓋與水箱作為一體。這樣不但使幫浦性能提升,體積也更緊湊,還可以節省一比對接頭的小費用。幫浦結合水箱還出現在水冷散熱排上,甚至可直接結合圓柱水箱,對於空間的使用是非常好的選擇。

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水冷管與接頭
各位別以為水冷管與接頭並不重要,這直接關係到水冷系統的安全性及美觀,對性能和維護保養上也會產生一定的程度影響。

對於水冷管,我們最需要注意的是材質和管徑問題。水冷管常見的材質有PU、PVU、PE及其他複合材料。使用最多的是PVC管,其次是複合式材料管,而堅韌的PU管主要用於快速接頭類別中。PVC軟管有非常不錯的UV效果、透明度和抗老化能力。其中廣受好評的水冷管(如Tygor R3603),也有一公尺$100~$200的普通貨色,這些都必須靠經驗進行判斷。

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水冷管的規格有內徑和外徑兩種,水冷管的內徑會直接影響水阻,內徑越大水阻相對越低。水冷管的厚度也很重要,越厚的水冷管防折彎性能越好,對於安裝時的走管很有幫助。

判斷水冷管的好壞,最簡單的方法就是在不對折的情況下能折彎到多小的半徑。還要注意管身的透明度,特別是管內壁的光澤度,表較好的透明軟管通常會有種淡淡的銀色光澤。玩家用戶也可以使用內彈簧或外彈簧增加水冷管的防折彎能力,管內彈簧式防鏽鋼絲製造而成,可以支撐水冷管內壁大大的增強水冷管折彎的能力,不過內管彈簧會帶來不少的水阻,拆裝都會比較麻煩,也讓排氣泡變得更緩慢一些。而管外彈簧緊密的纏繞在水冷管外保持圓形,這樣的方式增強水冷管折彎的能力。但外管彈簧抗折彎能力不如內管彈簧,但它不會增加水阻、拆裝也比較容易,同時還可以增加水冷系統的裝飾顏色作用。

水冷軟管常見的內徑尺寸約8種,常見的外徑則有9種,公制英制規格都有,內外徑的組合種類繁多。主要的規格分類為以下幾種:
內徑6mm、外徑8mm(稱為外8內6)
內徑1/4英吋、外徑3/8英寸(稱為兩分管)
內徑8mm、外徑10mm(稱為外10內8)
內徑8mm、外徑11mm;內徑8mm、外徑12mm;內徑3/8英寸、外徑1/2英吋(稱為三分薄管)
內徑1/2英吋、外徑5/8英寸(稱為四分薄管)內徑1/2英寸、外徑3/4英寸(稱為四分厚管)

除此之外水冷軟管的規格還有很多種,常用的三分薄管、三分厚管、四分薄管及四分厚管,他們的接頭選擇也極為廣多豐富。三分厚管抗折能力很不錯,是水冷系統中使用較廣泛的規格之一。它同時也是能從機殼PCI擋板中直接穿過的最大水冷管。四分管的內徑較大,需要性能較強的幫浦推動。厚管比薄管抗折彎能力更強。

軟管系統中通常有三種類接頭;直出式(Barb Fitting)、快速接頭(Compression)、快接接頭(Quick Connent Fitting)。直出式接頭內徑比水冷管內徑略大且做有凸肩搭配管夾安裝防止漏水,市面上有很多可以靈活調整大小的管夾,所以直出式接頭對水冷管外徑要求並不多。

一般的接頭在鎖緊之後就不能再改變方向了,不過也有一些較好的接頭附帶有旋轉底座,在鎖緊之後還能360度的旋轉,內部的O形密封環設計即使旋轉也不會漏水。依照水流方向分類,水冷管接頭有直出式、90度、45度、30度和60度幾種,其中直出式和90度使用最廣泛,而45度、30度和60度算是比較特殊且高檔的接頭。


水冷液
水冷液是水冷系統中傳到熱能的主要介質,無論用一般自來水或是專用的水冷液,水冷系統的性能幾乎沒有什麼區別差異。當然,為了便於日後維護保養,推薦玩家用戶使用專屬的水冷液,或添加劑自行調製。

專用水冷液和一般自來水相比有很多優點。首先,電腦專用水冷液中有防鏽、防腐、消泡、殺菌等成分。電腦專用水冷液也有著多種色彩可以選擇,其中很多UV色,可以使你的水冷系統更醒目霸氣。這些水冷液製造廠商都有做防沉澱處理,能將顏料色保持在最適當的飽和度,所以電腦專用的水冷液不容易產生沉澱和結晶,也不容易汙染水冷管及接頭。且電腦專用的水冷液黏度大於一般水,對幫浦能有著些潤滑功能,有助於減少幫浦的噪音。

大多的電腦專用水冷液都有印有"防導電"或者"10萬歐姆電阻"之類的標示。不過,這些防導電的水冷液在水冷系統循環一段時間後,將會混入各種雜質,比如水冷管內壁和O形密封環碎片微粒、水冷頭和接頭剝落的加工毛刺和金屬微粒。幫浦軸承磨損的微粒等等,所以沒人可以保證這些防導電的水冷液在使用一段時間後能有效的防護。

小編不建議使用廉價的UV粉或其他化學粉末狀加水製作成水冷液,這樣的UV水冷液很容易汙垢水管內壁,當你使用這樣的水冷液跑水半個月之後,拆下水冷管會發現內壁全部UV粉染上顏色。這邊還是建議使用電腦專用的水冷液或添加劑搭配,通常添加劑可能是100ML、250ML,按照稀釋比例添加到蒸餾水中就可以,也能根據自己喜愛的顏色調整深淺。在後面我們還會為玩家們帶來更加詳細有關水冷的講堂,請玩家朋友們關注XFastest改裝頻道後續的文章。
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