水冷基础知识篇.docx

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水冷基础知识篇

在这个酷热的夏天，或许有部分朋友会有笔者当年的困扰：

既要超频，又想控制温度，还想追求耳根清净，外观又希望能够漂亮……水冷或许就是解决些问题的良方。

但是，对于初次接触水冷的玩家来说，组建水冷系统是非常困难的事情，即使你已经是个熟练的DIYer。

本专题将从水冷基础知识、水冷安装规划方法、水冷安装实战案例和水冷产品导购四个方面进行连载，带你全方位探寻水冷的秘密。

同时，感谢著名水冷玩家Kone、Pawel、CWPP、亨利水冷和酷威水冷为本文提供宝贵经验和建议，以及你们所分享的精彩作品。

水冷系统的优势和劣势

电脑水冷的散热原理和汽车引擎的水冷系统类似，都是利用液体吸收物体的热量并再传递给散热器，然后用风冷或者被动散热的方式散发热量。

水冷系统散热能力强的秘诀，一是因为水的吸热和导热性能比空气好很多，二是因为水冷系统的总散热面积也要比风冷系统大很多。

性能优势：

在25℃环境中，空气的热传导系数只有0.024W/mk，而水是0.58W/mk，是空气的24倍；同样在25℃环境中，空气的比热容是1012J/（kg·K），而水的比热容是4186J/（kg·K）。

对超频玩家来说，水冷能有效降低超频所产生的高温，增加超频成功率和系统稳定性。

水冷也比制冷片、压缩机、干冰、液氮等容易结露的散热方式安全得多，适合长期稳定使用。

静音优势：

依靠散热面积庞大的冷排或者被动散热金属水箱，水冷系统只需要很低的风扇转速就能获得足够的散热能力，这对追求静音的用户很重要。

个性化外观：

只要花点心思，水冷系统要打造出独一无二的漂亮外观并不困难。

独特的UV色彩和漂亮的走管，都能让人惊叹不已。

安装灵活：

水冷系统的吸热（冷头）、导热（水管和水冷液）和散热（冷排）部分都是各自分离的，能通过柔软的水管灵活布局。

凭借体积分散的先天优势，水冷能更合理的利用机箱内零碎空间，基本不受主板布局的限制，风道也更灵活。

价格较高：

水冷的价格门槛比较高。

在不少水冷系统中，水冷的价格都会与电脑中的板卡价格接近甚至持平。

有漏水风险：

虽然现在的水冷部件质量已经有了很大的进步，但由于操作不当或规划失误所导致的漏水还是时有发生。

需要一定的动手能力：

如何把来自不同厂商的水冷部件组合并安装在电脑上，需要一定的规划和动手能力。

实践经验和丰富的想象力是玩好水冷不可或缺的条件。

水冷基本部件介绍

下图是一个水冷系统的基本构成，水泵、冷头、冷排和水箱等主要部件加上水管、接头和水冷液构成了整个散热系统，本期的内容将认识这些基本部件。

水泵（Pump）

水泵的作用是推动水冷液快速循环流动，用于水冷系统的水泵大多采用类似无刷电机的磁力泵设计。

按照与水冷液的接触方式，水泵可以分为旱泵和潜水泵。

旱泵仅有接触水的泵腔部分有防水密封，控制电路没有防水措施，如果控制电路渗水将可能导致旱泵烧毁！

潜水泵则有完善的防水措施，控制电路虽在水下但不会进水。

不过如果密封失效导致渗水也同样可能烧毁水泵。

潜水泵浸泡在水中能有效减少噪音，但性能不如旱泵，第三方改装配件也很少，玩法相对单一。

XSPC的X2O750双光驱位潜水泵箱

衡量水泵性能的主要指标是流量和扬程。

流量单位是LPH（升/小时），LPM（升/分钟），GPM（加仑/分钟）以及GPH（加仑/小时），其中GPM是美制单位，可以按照1GPM=3.75LPM=225LPH，或者1GPH=0.0625LPM=3.75LPH来换算。

水泵所标称的流量都是在水阻为0时的空载条件下测得的，实际使用中水阻不可能为0，所以水泵实际提供的流量肯定小于标称的最大流量。

选购水泵时，流量起码要达到1GPM。

扬程代表了水泵克服水阻维持流量的能力。

扬程高的泵会有更好的抗水阻能力。

常见的扬程单位有米和英尺（ft）两种，可按照1英尺（ft）=0.3048米来换算。

每款水泵都有一条扬程和流量的对应曲线（又称水阻线），下图就是DDC泵的水阻线，实线为扬程和流量的关系，虚线为电功率与流量的关系。

散热装置（HeatExchanger）

散热装置是水冷系统散热的关键，通常是整套水冷成本中的大头。

常见的水冷系统的散热装置有三种，分别是冷排（Radiator，散热排/水冷排）、被动散热水箱（PassiveReservoir）以及使用半导体制冷片的主动制冷装置（T.E.C.Cooling）。

本文定位于入门基础知识，所以主要讨论冷排。

冷排其实是一个巨大的散热片，吸收了热量的水按照右图中的箭头方向流入冷排左上方的水室，通过六条扁铜管流到冷排的另一头，然后再通过连通室经过另外六条扁铜管回到右下方的水室再流出冷排。

水流呈U字型路线流动的同时，其热量会传导给十二条扁铜管，扁铜管再把热量传递给焊接在扁铜管之间的波浪形散热鳍片，最后由风扇把散热鳍片上的热量吹到空气中。

上图的透明冷排是结构最简单的一款，单面只能装一个12cm风扇，它的扁铜管只有一层12根（也称为单层水道），散热能力有限。

冷排的散热面积与散热能力挂钩，要获得更大的散热面积，可以选择把冷排做得更大或者更厚，也可以选择在散热鳍片上下功夫。

按照可装风扇的直径，常见的冷排有80系列（8cm风扇）、90系列（9cm风扇）、120系列（12cm风扇）、140系列（14cm风扇），其中120系列在电脑水冷中应用最广泛。

按照单面可安装风扇的数量来看，冷排从装一个12cm风扇的120到装4个12cm风扇的480不等，其中3风扇的360规格冷排因为体积和效能比较平衡，使用最多。

XSPC的RX系列冷排，从左至右分别为120、240、360、480规格。

按厚度分类，常见的冷排有单层水道25mm、35mm厚度，双层水道的45mm、50mm、55mm、60mm等厚度规格，甚至还有厚达104.2mm的旗舰级产品。

40mm及以下厚度的一般称为薄排，40mm以上厚度的称为厚排，厚排的散热能力通常比薄排更佳。

不过，厚排可能需要更高的风扇转速才能发挥出理想的性能水平。

在散热鳍片上增加散热面积也是一种思路，增大鳍片的密度或者装设双层鳍片都可以直接增大散热面积。

影响冷排散热效果的因素除了前面所述的尺寸、鳍片密度和风扇风量之外，还要考虑紫铜材料的纯净程度、鳍片的设计和焊接工艺，甚至是表面防锈漆的选择和喷涂厚度等细节，都会影响到散热效果。

另外，冷排还可以用并联或者串联的方式来增加总体散热能力。

水冷头（WaterBlock）

水冷头简称为冷头，又称吸热头、吸热盒，其作用是将发热部件的热量传递给水冷液，对整个水冷系统的性能影响仅次于冷排。

冷头使用吸热和导热性能良好的铜、铝、银等金属制作底面，让底面直接接触发热部件吸收热量，然后再把热量传递给水冷液。

按照内部水道的设计特色，我们可以把冷头大概的分为平板式、常规水道式、微水道式和喷射式四类。

平板式是最古老的设计，加工简单、水阻也最小，但是性能相当低下，现在已经趋于淘汰，只有少数低热量部件如南、北桥的冷头还使用这种设计。

常规水道式冷头是在平板式的基础上增加了一些凸起或者圆柱，以增加与水的接触面积并带来一定的乱流，从而加强散热能力。

常规水道设计广泛应用于南北桥、主板供电部分和全覆盖冷头。

EKSupremeLT冷头的底面，有间隙极小的微水道。

微水道式的冷头底面有很多异常精细的狭长水道，使底面与水冷液接触的面积大幅度增加，迫使水冷液高速通过密集的水道并产生较大的乱流，从而高效地吸收热量。

它被广泛应用在中档CPU冷头中。

喷射式的工作原理是将水通过狭小的喷嘴快速喷射到不平整的底面上，提升局部流速并且形成很强的乱流，从而使水冷液的吸热效率大为提高，目前市场上性能最强的冷头大多是这种结构。

需要注意的是，喷射式冷头的出入水管不能接反，否则会影响性能。

EK的SupremeHF，目前公认性能最强的冷头之一，除出厂时内置一个喷嘴导流板外，还提供了额外的四种喷嘴导流板，其中甚至还有一个空白的导流板让你发挥想象力自己加工。

因为喷射式冷头的性能广受追捧，不少厂商开始推出混血版设计，它的特点是没有真正的喷嘴，只是用上盖简单地把水引入底面中心部位再垂直注入。

这样的混血设计虽不能达到喷射式的高性能，但是工艺要求比真正的喷射式冷头简单，性能也还不错。

主板和显卡是比较特殊的部件，因为它们的发热部件多而分散，空间也比较狭窄。

如果在每个发热部件上都安装冷头，走管的难度会很大，也难以实现美观，更可能导致许多主板槽位被白白占用。

没有全覆盖冷头的年代，显卡使用显卡核心与显存冷头各自独立的方式，为了能把两者连接起来，甚至设计了一种专用的F形分管器或是90度弯头把核心和显存冷头串联起来。

不过即使如此，显卡的供电部分还是照顾不到。

为克服单个冷头的缺点，全覆盖冷头诞生了。

它不但可用一个冷头照顾多个发热部件，还大大减少了接头的数量，令走管更美观。

Swiftech的EpsilonGTX295，为单PCB公版GTX295设计的全覆盖冷头，照顾到了卡上所有发热较大的部件。

当然，全覆盖冷头也有明显缺点，就是通用性很差。

全覆盖冷头只会针对少数几种中高端公版显卡设计，想升级显卡很可能就要更换全覆盖冷头。

主板没有公版概念，因此厂商也只会为玩家常用的高端主板推出全覆盖冷头。

流量对冷头来说一般都是越大越好，大多数CPU冷头的最佳表现通常是从1.5～2GPM（约合337.5～550LPH），假如达不到这个流量冷头的性能就不能得到发挥。

如果流量在1GPM以下，冷头的性能下降就比较明显了，特别是喷射式或者混血版冷头更是如此。

水箱（Reservoir）

水箱在水冷系统中的主要作用是排出气泡和方便加水。

下图中的浅色箭头表明了水流的方向，而深色箭头则表明了排泡的方向。

由于气泡会上浮，在循环一段时间后水路中的空气就会被陆续排出。

水箱最常用的材质依次是亚克力、POM、铝、不锈钢、铜。

其中亚克力和POM材质的水箱占了绝大多数。

按照设计和安装的方式划分，水箱有管式、光驱位式和非标准式三类。

EKMultioptionRESX2水箱

管式水箱排泡和加水很方便，加工简单，控制管长度即可实现不同容量，进出水口的布局也很灵活。

但为了加水方便，管式水箱通常只能垂直于地面安装，需要用专用扣具才能固定在机身上，较矮的管式水箱在流速高时容易产生漩涡。

XSPC的单光驱位水箱，有防吸空设计，标配有银和黑两种铝拉丝面板和蓝色LED灯。

光驱位水箱安装很方便，容易与机箱外观协调，观察水位也更容易。

但是高度较小的单光驱位水箱在流量大时形成的水面波动，容易使吸水口露出水面导致水路中混入更多的气泡。

非标准类的水箱既不像管式，也无法安装在光驱位中，所以它们基本上做得小巧精致，这样可以在机箱里见缝插针的安装。

SwiftechMCRESMicroRevision2，这么小的水箱甚至可以直接用双面胶贴在机身上。

除了以上三种单纯的水箱外，泵箱结合也是一种很受欢迎的形式，所谓泵箱结合就是把水泵改装上盖与水箱做成一体。

这样不但令泵的性能提升，体积更加紧凑，还可以节省一对接头，同时价格也较经济。

泵箱结合不但可以做非标准外形，也可以做成管式和光驱位式。

水管（Tubing）与接头（Fitting）

别以为水管和接头并不重要，它们虽然看起来不怎么起眼，但直接关系到水冷系统的安全性和美观程度，还会对性能和维护方便程度产生一定的影响。

对于水管，我们最需要关注的是材质和管径问题。

水冷管常见的材质有PU、PVC、PE以及其它复合材料。

使用得最多的是PVC管，其次是复合材料管，而坚韧的PU管主要用于快插类接头中。

PVC软管拥有非常不错的UV效果、透明度和抗老化能力。

复合材料水管的质量就良莠不齐了，其中既有广受好评的高价产品（比如TygonR3603），也有三块钱一米的普通货色，所以只能靠经验进行判断。

丰富多彩的PVC管

水管的规格有内径和外径两种，上图的圆环代表水管的截面。

水冷管的内径会影响它的水阻，通常内径越大水阻就越低。

水冷管的厚度也很重要，通常越厚的管子防折性能越好，对安装时的走管很有帮助。

判断水管的好坏，最简单的办法就是看它在不折的前提下能弯到多小的半径，还要注意管身的透明度，特别是内壁的光洁度，比较好的透明管还通常有一种淡淡的银色光泽。

你可以用管内弹簧或者管外弹簧来增强抗折能力。

管内弹簧是用防锈钢丝制成的，可以支撑住水管内壁从而大大增强水管的防折能力，不过它会带来不小的水阻，装拆都比较麻烦，还会让排泡变得缓慢。

管外弹簧紧密的缠在水管外面迫使水管保持圆形，从而增强水管的抗折能力。

它的抗折能力不如管内弹簧，但它不会增加水阻，装拆都很容易，同时还可以对水冷系统起到一定的装饰作用。

薄壁管在弯曲弧度大的时候容易折管，这将严重影响水流量。

水冷管的常见内径有8种，常见外径则有9种，公制英制都有，内外径的组合种类繁多。

主要的规格有以下几种：

内径6mm，外径8mm（俗称外八内六）；内径1/4英寸，外径3/8英寸（俗称两分管）；内径8mm，外径10mm（俗称外十内八）；内径8mm，外径11mm；内径8mm，外径12mm；内径3/8英寸，外径1/2英寸（俗称三分薄管）；内径1/2英寸，外径5/8英寸（俗称四分薄管）；内径1/2英寸，外径3/4英寸（俗称四分厚管）。

除此之外，水冷管的规格还有很多种，常用的规格有三分薄管、四分薄管和四分厚管，它们的接头选择也极其丰富。

三分薄管抗折性能不错，是水冷中使用最广泛的规格之一。

它同时也是能从机箱的PCI挡板中穿过的最大水冷管。

四分管的内径较大，需要高性能水泵驱动。

厚管相比薄管的抗折能力更强，在高端水冷系统中比较常见。

水冷系统中通常有三类接头：

宝塔（BarbFitting）、快拧（CompressionFitting）和快插接头（QuickConnectFitting）。

宝塔接头依靠顶部比水管内径略大的凸肩部分来和水管内壁实现紧密接触防止漏水，所有它要求要与水管的内径相匹配，同时辅以管箍防止水管松脱。

市场上有很多可以灵活调整大小的管箍，所以宝塔接头对水管外径的要求并不严格。

常见的两种宝塔接头，它们的凸肩部位有所不同，安装后可以加上管箍。

快拧接头相当于自带管箍的宝塔接头，它与水管内壁接触的部分其实就是一个较短的宝塔，接头上还有一个类似管箍的外圈，这个外圈可通过螺纹压紧水管外壁。

快拧接头的外圈是不可以调整大小的，因此对水管的内外径都有尺寸要求。

快拧接头依靠外圈来压紧宝塔上的水管。

水冷上用的快插接头一般都是从卡套式气动快插改进而来，对水冷管的外径要求严格，对于内径反而没有严格的要求。

快插接头要求管子有适当的硬度，所以大多配合比较坚韧的PU管使用。

现在这类接头在水冷系统中已经很少使用了，基本上只剩AquaComputer还提供这类接头。

水管接头还有很多其他细节需要注意。

首先要注意的是水管接头的螺纹，大部分管接头的螺纹都是英制BSPP（BritishStandardPipeParallel，英制圆柱管螺纹，有时也简称BSP）。

它不是密封螺纹，需要配合密封圈来实现密封，因此绝大部分水管接头底部都有密封圈。

水冷接头中最常用是G1/4螺纹，俗称两分牙；有时也会在一些老款产品或者成品套装上看见俗称一分牙的G1/8螺纹。

还有些厂商使用更大的G3/8螺纹（三分牙）。

不过，如今很多厂商的产品螺纹规格已基本统一为G1/4。

因为主要依靠密封圈来防漏，水冷接头通常并不需要上得很紧，只需要适当的压紧密封圈即可，暴力拧紧很可能会造成冷头上盖破裂或者滑丝，要注意的反而是连接前仔细检查密封圈是否脱落或者破损。

接头上的密封圈不一定需要拧得很紧。

一般的接头在上紧之后就不能再移动了，不过也有一些比较高档的接头带有可旋转底座，在上紧后还能做360度旋转，内部的密封圈设计使得它们即使旋转也不会漏水。

按照水流导向分类，水管接头有直通（0度）、90度、45度、30度和60度几种，其中直通和90度使用最广泛，而45度、30度和60度一般只出现在高档接头中。

水冷液（Coolant）

水冷液是水冷系统中传导热量的主要介质，无论用自来水还是专用的水冷液，水冷系统的性能都几乎没有区别。

当然，为了便于日后维护，推荐初学者使用原厂的水冷液或者自己购买添加剂勾兑。

原厂水冷液和自来水相比有很多优势。

首先，原厂水冷液的基础水质要比自来水好，至少是蒸馏水，又或者是去离子水，杂质较少。

其次，原厂水冷液中含有防锈、防腐、消泡、杀菌成分。

再次，原厂水冷液一般有多种丰富多彩的颜色可选，其中很多是UV色，可以令你的水冷系统更加的个性化。

由于原厂都做过防沉淀处理并且使颜料保持在适当的饱和度，所以原装的水冷液不容易产生沉淀和析出结晶，也不容易污染水管和冷头。

最后，原厂水冷液的粘度一般比水大，对水泵能起一点润滑作用，有助于减少泵的噪音。

不少原装水冷液都会打出“防导电”或者“十万欧姆电阻”之类的口号。

不过，这些防导电水冷液在水冷系统中循环一段时间后，将不可避免地混入各种杂质，比如水管内壁和密封圈碎片微粒、冷头、接头剥落的加工毛刺和金属微粒、水泵轴承磨损的微粒……所以没人能保证这些防导电水冷液在使用一段时间后依然不导电。

笔者不推荐用廉价的UV粉自己兑水做成UV水冷液，这样的UV水冷液很容易污染水管内壁，使用半个月后拆下管子就会发现内壁全被染上UV粉的颜色。

推荐使用原厂的UV添加剂，它们通常是个不超过100毫升的小瓶，把它按说明书上的比例混进蒸馏水里就行，而且可以根据自己的喜好来调整颜色深浅。

本文内容我们首先学习了水冷系统中各个部件的名称、基本规格和基础知识。

接下来，我们就该学习如何为自己的水冷系统进行规划了。

相信在看完本文后，你也一定会成为一个合格的水冷玩家。