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空冷極限是技術的宿命

空冷到了一個階段,就再也無法提昇更大的解熱能力,其主因其實在於本身是藉由空氣去解熱,最大極限是無法將溫度控制在比交換熱量氣體還要低溫的原點上,而且溫升較快,易因機殼環境廢熱造成無法解熱的問題。

但水冷就不同了,水本身比熱大,不易因環境因素而造成溫度驟升,水比熱為4200J(焦耳)。而我們所知的空氣則是由氮氣與氧還有二氧化碳為主要結構,以最大量的氮氣為前提,則是1040J,實際為1005J至1030J,遠比水還要易因環境而改變均溫。

2種產品,處境不同

目前市面上水冷產品大多為2類,一體式與自組水冷各有利與弊,也代表著2種截然不同的選擇。當然效果上無庸置疑肯定是自組贏面較大,其中根本原因是大多數人只了解到價格本身差異巨大,對於細故卻不知所以然。這邊會將所有的變因一一條列清楚,分門別類的解釋它們之間,到底是哪些原因造成了最終解熱效果如此巨大的差異。

一體式水冷,毫無改造空間

當我們從賣場中買來的一體式水冷,通常都是1個set,基本上除了風扇可以隨便你換之外,其餘的部份通通都已經塵埃落定,沒有任何變更的餘地。最近甚至出現了如Antec KÜHLER H2O 650,這類型完全板上釘釘的死規格,連風扇都不能夠更換。雖說看起來有改進了部分一體式水冷常見的缺陷,但造成空間干涉問題,可謂有百害僅只有一利。

老玩家通常會建議既然要玩水冷,就該直接跳過一體式水冷這種既沒有效能,又比起空冷還要貴的產品。但筆者建議初學者還是可以購買知名廠牌推出的一體式水冷,原因並非在於效能出色,而是機殼空間規劃上能夠取得寶貴的經驗。一體式水冷較不易有水管路線問題,且無外力硬性拉扯造成脫管造成漏水的問題,可以拿來當做初學者練功的利器。但如果是1D(120mm)水冷排的話則是較不建議浪費金錢購買了,產品本身相容性太高,較無法得到空間規劃的寶貴經驗。

結構簡單,卻也是致命傷

一體式水冷通常在冷頭部分整合水泵,且水道通常都是採用微水道結構,與自組的差別其實不大。但問題就出在2點上,微水道架構下本身屬於高水阻類型,在這個環境下整合出來的水泵其實在揚程、流量都不高的狀況下,也容易造成解熱瓶頸,且另一大重點則是冷排大多採用鋁製品,當然效能大打折扣也是必然的結果。

各類CPU散熱器架構解析,探究空冷與水冷解熱能力根本因素

一體式水冷大多安裝簡便,僅1個冷頭與水冷排,水泵則是已內建在其中。

各類CPU散熱器架構解析,探究空冷與水冷解熱能力根本因素

熱源接觸面則是會採用銅質金屬,但含銅量則是不定。

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冷排鰭片部分則是經過塗層處理,大多數為鋁質,重量輕,但效果較差。

變化多端自組水冷

自組水冷則是早在一體式水冷之前,即已經接近成熟的一種散熱方式,以結構來說,與一體式水冷差別不大,但規模上與擴充能力都在之上,可簡可繁。但相對來說在組裝上的複雜度較不容易,對於初學經驗不足者來說,過程問題會不少,但解熱能力也是目前家用環境下最好的一種。

根本原因在材質差異

前面介紹過一體式水冷結構上與自組差異不大,但因高度整合之下後,造成水泵上的效能不彰,其另1個主因則是在材質上的分別。

通常一個水冷頭可以使用的材質有多種,如銅、銀、金與鋁,銅與鋁則是目前最常見的產品,但鋁本身導熱係數較銅差,且一體式水冷通常採用銅製品,這邊就不討論鋁製品之間的差異。

銅又可以分為黃銅、紫銅(或稱紅銅),這2種常見於水冷中所使用的材料,黃銅屬於銅與鋅的合金,含銅量只有62%~68%,本身熱傳導係數僅109~121 Wm-1K-1。可以發現這個數值比鋁還要差,但這邊要闡述一個基本的概念,在散熱器中要見到純度非常高的非合金類產品相當困難,甚至是近乎於零。

前面所述皆為純金屬的導熱係數,當為合金時必須要細算其成分,才可推估出較為詳盡的導熱係數。紫銅是屬於純度99%的銅,當然導熱係數可大略回推為401Wm-1K-1,價格上當然也是天差地遠,這也是為什麼一體式水冷與自組水冷價格上有斷層的關係。

自組雖好,但安裝困難

雖然自組水冷不管在規模上,抑或者是在材質純度上面皆可以因自身需求而進行改變,但也因此在安裝上面較一體是水冷複雜,如正常機殼的水排相容性大多為後方I/O處120/140mm,少部分機殼底部有提供240/280mm孔位,若是選擇了效率與價格都相對合理的360mm水冷排,則會因此大幅度減少可使用的機殼類型,另外在水泵的放置上面也會因為機殼太小而找不到空間安置,或者是隨意擺放,因水泵高速運轉時極易因晃動問題造成轉子磨損,隨意放置的結果就是耗損率非常高。

最終一點還有自組水冷需要定期維護水管與換水冷液,因安裝時並非完全密封且接頭處部份皆不如一體式密閉,造成長時間水質會因空氣與原本就已存在的微生物而變得汙濁,必須要定期更換與保養,使用上較麻煩且保養過程幾乎等於重新組裝一次的大工程,若非硬體熱量驚人,編輯部這邊並不建議讀者考慮自組水冷。

各類CPU散熱器架構解析,探究空冷與水冷解熱能力根本因素

自組水冷往往在體積上過於龐大,會造成安裝進機殼上面的困難度,相容性偏低。

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冷頭部分則是經過鍍鎳處理,另外含銅量也較高,大多為紫銅。

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冷排鰭片部分則是密度較高,且材質為銅居多,大多為黃銅、紫銅。

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