可不可以不要機箱、機箱風扇、CPU散熱器,直接用大功率電風扇對著主板吹?

2021-01-15 風鈴聲

首先,答案當然是可以的,但是對主板有要求。我手頭就有一塊主板,是被動散熱的,沒有風扇。

↓拿來做NAS的主板,這些主板都是低功耗板,平均功率在30W左右。可以不間斷運行。它僅僅靠巨大散熱片就能保證正常散熱了,當然夏天悶在機箱裡,還是很燙手的。



如果是通常的板子。

例如下面這種,別說不裝風扇了,只要風扇不轉或者灰塵多了,就很容易溫度過80而報警。



↓可以看到cpu其實只有很小一塊,但是cpu的功率卻很大,在一百瓦左右。



↑這個銀白色塗了灰色矽脂的其實是CPU封裝的外殼,並不是CPU本身。它的作用是保護CPU,同時把CPU的核心熱量傳遞出來,並增大和散熱器的接觸面積。

以前電腦店裝機的時候,尤其大批量裝機為了簡單的測試點亮,一般是不裝風扇的,直接裸點,看到開機logo就拔電源。在這個過程中,一般會用手指按著cpu,之所以看到logo就拔電源,一個是看到logo意味著基本是好的,更重要的,從開機到看到logo不過幾秒,cpu卻已經燙手,有些霸道的可能五秒都不到。

我自己家裡用的是水冷,240水冷排,18L的礦泉水桶做的水箱,如果關掉水泵一兩秒再通電,水管會流出滾燙的水。

cpu的功率很大,升溫極快。

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要想知道能不能直接用風扇吹,那得先了解散熱原理。


之所以要散熱, 是因為CPU需要通過電來進行運算,而電會因為電阻產生能量轉化,進而產生熱量,熱量多了又會影響CPU,CPU內置了保護電路,溫度過高的話會自己停止,這樣子cpu不會壞,但是會短壽,且電腦會死機藍屏之類的影響工作。這就好比人發燒會燒壞腦子一樣。

於是我們需要散熱,來保證cpu正常運行。這是為什麼要散熱。

那麼如何散熱呢?或者什麼叫做散熱呢?

散熱簡單的說就是把A處產生的熱量通過種種方式傳遞到其他地方,進而實現降溫的目的。

散熱的基本途徑是,熱傳導,熱對流,熱輻射。

熱傳導就是通過物質接觸吸收並轉移熱量,熱對流就是通過空氣水等流動帶走熱量。熱輻射因為效率太低基本不考慮。

傳熱的一個原則是從溫度高的區域向溫度低的區域傳播。

同時,二者的溫度差越大,熱量傳遞效率越高,反之越低。


所以一個優秀的散熱系統最終就是實現散熱能力超越產熱能力,滿足散熱需求。之所以散熱能力超越產熱能力CPU最後的溫度趨於穩定,是因為一旦散熱能力越強,CPU溫度越接近環境溫度,溫差越小,散熱器的散熱效率就越低,最終實現平衡。


理論上,既然要散熱了,那麼意味著cpu的溫度是超過環境溫度了,那麼就符合散熱的前提,也就是溫度差,理論上不用散熱器也可以散熱。

但是現實裡往往不行。不用風扇就會出現開頭說的,幾秒就燙手指那種程度。

之所以如此,是因為不安裝散熱器的話,那麼散熱方式使用的是熱對流,熱對流可以看做是特殊的熱傳導,空氣分子先和cpu接觸吸收熱量,然後再和其它空氣分子接觸最後把熱量逐漸傳遞出去,但是由於空氣分子的間隔遠遠大於固體,意味著熱量傳遞的效率非常低。同時空氣分子是不規則運動的,並不會老老實實的一個傳一個把熱量傳遞出去,最終則是越靠近熱源的分子活動傳遞越熱烈,周圍越懶怠。且空氣吸收熱量後世會升溫的。

現實生活裡,我們可以把手掌靠的火爐很近而不會被烤壞。但是一旦摸了就會燙壞。

而CPU是持續產熱的,也就意味著一旦散熱效率低於產熱效率,那麼必然會熱量堆積,溫度會越來越高。

↓可以看到空氣的導熱係數非常低。



這也是我們需要散熱器的原因,因為金屬固體的散熱能力超過空氣。而現實裡散熱器往往也是符合的,接觸cpu的部分使用導熱係數更高的銅,散熱部分使用導熱係數低一些的鋁。

↓其實散熱部分使用鋁和導熱係數關係不大,和成本關係很大,鋁比銅便宜。



散熱器本身吸收熱量溫度也會上升。一旦散熱器的溫度接近CPU,那麼散熱就無法完成。於是我們最終還是要想辦法讓散熱器的熱量儘快傳遞到空氣中。

加快傳遞速度的一個方法就是,增加空氣分子和散熱器的接觸面積,這也是為什麼散熱器要做成很多鰭片的原因,散熱鰭片可以增加空氣和散熱器的接觸,可以保證更多的空氣分子帶走熱量。

但是即使如此,空氣分子的接觸也是有限的,且已然會變得在散熱器附近堆積。這些都是因為空氣分子間隙很大的原因。

但是恰恰空氣分子是流體,可以流動,流動後,可以把熱量帶到別處。這樣子最終就增加了散熱效率,於是好的散熱器風扇也很強力。



所以除非CPU功率非常低,否則不用散熱器,那麼它自身的散熱能力是不夠的,一個是散熱面積小,一個是空氣熱量堆積影響散熱。

而如果CPU的功率不是很大的情況下,則可以直接使用散熱片而不需要風扇。

散熱器可以換做是一個緩衝,它通過接觸,快速吸收熱量,然後利用大面積的鰭片和風扇加速空氣對流來增加散熱效率

也因為熱量最終都是散發到空氣中,所以空氣溫度也影響散熱效果,同樣機箱的空氣流動性也是影響散熱效果的。

很多散熱不好的電腦冬天基本可以正常運行,這是因為溫差很大,散熱效果超出正常的緣故。

一些散熱器表面沾滿了灰塵,阻礙了散熱器和空氣的熱交換。

還有一些散熱器,和cpu接觸不完整,或者導熱矽脂不合格反而降低散熱效率

另外一些則是機箱風道設計不合理,空氣在機箱內循環,最終空氣升溫導致散熱效率降低。

一些散熱器看上去很大很牛叉,但是使用的材料導熱能力極差,散熱效果反而大大折扣。

還有一種散熱方式是水冷。水冷是利用水的比熱大,在吸收相同熱量,溫度上升很低的特性,這樣子保證水的溫度足夠低,來提升效率。

好的水冷可以把散熱風扇安裝在其它地方,進而減少灰塵在主板的堆積。

同樣水冷的流動性更加,可以按照需求設計熱量傳遞線路,且水的大比熱使得它可以吸收更多的熱而升溫小,提升溫差,提升散熱效率。

而水冷通常會使用水冷排


當然不好的水冷,在一些環節打折扣,效果反而不如風冷。例如水冷頭,水冷管線,水冷排、水箱大小等等。



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這就意味著空氣在吸收熱量後很快就接近cpu的溫度,而溫度接近,溫差變小,意味著傳熱效率降低。

那麼最好的辦法就是用其它東西代替,保證可以吸收更多熱量而溫度提升卻更小,這樣子可以保持更高效率的傳熱。


但是物體不斷的從一邊吸熱,一邊放熱,最終還是會溫度接近cpu,只是時間的問題。

每種物質都有不同的導熱能力,導熱能力越好的,熱量傳遞的速度更快。

於是,我們需要把這個接觸的物體做的大一些,同樣想辦法讓他散熱的能力超過吸熱的能力。

其中一個辦法就是,加快它傳熱給空氣。

想要加快傳熱給空氣,

一個是使用傳導能力更強的材料,保證這邊剛吸收熱量,那邊就已經開始和空氣傳熱了。

一個是增加另外一邊和空氣的接觸,保證同一時間散熱面積最大化,散熱面積越大,意味著空氣接觸越多,帶走的熱量也越多。

一個是增加空氣對流,時間久了,散熱器周圍的空氣也升溫了,散熱能力同樣會下降,那麼最好的辦法就是不斷吸入新鮮的冷空氣,吹走熱空氣。

在這裡面,機箱,機箱風扇可以去掉,但是CPU散熱器不能。

之所以如此,就是因為空氣不是固體,氣體分子的間距太大,彼此傳熱能力太低。

不安裝散熱器,那麼CPU只能和表層薄薄的一層空氣作用,而恰恰是接觸的空氣少,比熱低,於是很快接近cpu溫度。

用風扇,看似可以立即吹走熱空氣,奈何CPU的功率在一百瓦左右,這種瞬時升溫遠遠不是風扇吹風可以做到的,當然如果風扇吹的是冷風,例如在非常冷的室外吹風,那麼是可行的。


了解了散熱的基本原理,就可以知道cpu散熱器為什麼要做的那麼大,還一片片的奇形怪狀,還要大風扇,甚至雙風扇。為什麼散熱器和cpu之間要塗抹導熱矽脂。同樣的還有為什麼有些水冷散熱效果不如風冷。

一些水冷採用小水箱,平時使用勉強湊合,但是一旦cpu滿負荷運轉,熱量增加,則水箱吸收的熱量遠遠大於水排散出的熱量,水箱的溫度就會上升。進而散熱效率降低。那麼最好的解決辦法就是,上大號的水箱,同時在一定時間後更換冷水,當然水終究不如水冷液。是有隱患的。不過我不在乎。

一些風冷,因為風扇安裝不對,導致散出的熱空氣直接在機箱內循環,提升了機箱的溫度,進而散熱能力裡大大下降,這也是為什麼有些時候沒有機箱反而比有機箱好,只是那又帶來了灰塵的困擾。

散熱的基本原則就是保證帶走CPU熱量的效率大於CPU產生熱量的效率。





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