PC水冷系统完全DIY教程

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  一个月前,编辑在和一位读者(同时也是MC的老作者)进行读编交流过程中,他提出“机箱内的噪音大得不行,而在更换了静音散热器和大尺寸机箱风扇之后也没能见到明显的改观,反而导致机箱内的灰尘更多了!”。他问我,“应该怎么办?”。当时思考再三,因为他的电脑硬件配置较高,单纯地减少风扇数量和使用低转速风扇未必能达到良好的效果。于是,我建议他使用水冷散热系统。
  经过一个月的摸索与实践,他终于DIY出了自己的水冷散热系统,并将自己一个月以来的所有心得技巧形成了文字,想借助《微型计算机》与全国的电脑用户分享。于是我们在他的文章的基础上又增加了关于水冷散热系统更多细节方面的东西,形成了这样一个PC水冷系统完全DIY的小专题,希望它能帮你的爱机清清凉凉度过盛夏。
  
  夏天对于略显“丰满“的人来说简直就像天天蒸桑拿一样,而对不少用户的电脑来说也是一个难熬的季节—这时候经常会出现莫名其妙的死机和重启。究其原因,多半是因为散热状况不良引起的。也许更换高端的风冷散热器或者加强机箱风扇可以解决部分问题,但同时也会带来更大的噪音和大量的灰尘。而部分超频玩家此时也不得不挥泪将CPU和显卡的频率降下来,以图凉快。要在散热、噪音和性能之间取得平衡,这时候就应该抛弃我们固有的思维模式了,比如放弃风冷改用水冷!
  
  Part 1 带你认识水冷系统
  
  要清楚地了解水冷的优势,必须先了解传统的风冷散热是怎么工作的。以CPU散热器为例,一般利用带有底座的散热片与CPU核心接触,CPU的热量通过热传导的方式传输到散热片上,面积巨大的散热片与空气充分接触进行热交换,同时利用风扇加速散热片与空气之间的热交换效率。
  说到这里先来了解一个物理学概念:比热容。它指的是单位质量的某种物质温度升高1℃所吸收的热量,单位是焦耳每千克摄氏度,我们可以参考一下几种常见物质的比热容(见左表)。
  
  而国外的产品价格相比国产要高出许多,往往一个CPU水冷头的售价都在500元以上,甚至达到1000元!但是由于生产工艺和设计能力上的优势,许多玩家还是愿意花大价钱购入。大家可能不知道,其实在风冷散热产品市场上叱咤风云的酷冷至尊、ZALMAN、Tt等厂商,在水冷产品界却不算知名。真正纵横水冷市场的是Enzotech、Alphacool、D-TEK、Swiftech和Aquacomputer这些普通玩家听上去陌生的品牌。大家要选择水冷产品,认准这些品牌就没错的啦!
  从工作模式来细分的话,水冷头分为传统式和喷射式两大类。其中传统型比较接近风冷,就是让液体从水冷头内部“鳞片”一头流向另外一头,来达到带走热量的目的。传统式中又有两种,一种叫平行线式,以思民的ZMWB3最具有代表性(图4);另一种是铜柱型,我们可以简单地理解成把平行线“鳞片”纵向切割开。后者由于接触面积更大,因此散热效果也更好一些。
  而喷射式则是将水冷头内部分割成上下两部分,上半部分连接进水口,液体进入水冷头后经过中间布满小 孔的隔板,像浇花的水壶一样将水喷淋到下部的铜柱上,最后液体流向出水口(图5、图6)。
  
  其中顶盖中间为入水口,角上是出水口;隔板中间和喷射式不同,不是许多小孔而是一个大孔;底座则是密布铜柱和导流铜槽。再把底座和隔板合为一体后(图8)就很容易明白它的工作原理了:如果说喷射式是“水壶为了浇花带上了莲蓬头”,那么中心进水式则是去掉了“莲蓬头”。这样的好处就是减小了水阻,降低了对水泵性能的要求。但是中心进水式需要进行大量的流体实验才能严格控制好内部尺寸,成本较高,这也是为什么国内同类产品极少的主要原因。对比了各种类型和货源的产品,其实一个丰富的产品线已经展现在我们面前。像“水冷王”这样的水冷头效率不错,做工相比国外产品稍差一些,但是仅仅一百元左右的售价却为那些手头比较紧的水冷玩家提供了一个不错的选择。而对于高端用户来说,几百元的水冷头应该还是能够承受的,所以国外的优质产品自然会是他们的首选。
  
  显卡水冷
  显卡水冷的模块其实和CPU水冷头是非常类似的,这里就不再重复了。细心的读者可能已经发现了本节的标题缺少了一个“头”字,并不是笔者粗心,而是因为显卡水冷可以分为核心版和一体化两种,只有核心版显卡散热的装置被叫做“水冷头”才比较合适。
  我们先来看看何为显卡一体化水冷。图9是一款来自欧洲著名品牌AIB-BFG的水冷版8800GTX,它使用的就是一体化水冷。这种水冷可以很好地为显示核心、G80特有的NVIO、显存以及供电部分的MOSFET提供散热。除了这种单核心的显卡,一体化水冷还可以很好地满足像Radeon 3870X2和GeForce 9800GX2这种板型十分特殊的显卡的水冷需求(图10、图11)。不过一体化水冷的缺点也是显而易见的—更换显卡就意味着水冷头报废。另外一个问题在于一般高端显卡的核心温度要远高于显存等周边设备的温度,因此一体化水冷有的时候反而会提升显存和MOSFET的温度。
  再来研究一下核心版水冷,以Swiftech的MCW60水冷头为例(图12),通过使用不同的扣件,它可以适应除了上述两块双PCB或者双核心显卡以外的绝大多数显卡。但是核心版水冷由于无法照顾到显存和MOSFET等发热源,因此我们需要为这些发热源贴上散热片。
  这里笔者再举一个反面例子,图13所示的这位玩家的改造就很不可取。
  从图13来看,这位玩家改装好水冷之后就没有风扇对着显卡吹风了,因此像这样单薄的散热片想要依靠机箱风道来给显存和MOSFET提供散热显然是不够的。推荐使用像Enzotech BMR-C1(图14)这样的高端显存散热片来贴显存,而用MOS-C1(图15)来贴MOSFET(图中示例是贴在主板MOSFET上的样子)。
  
  宝塔水嘴安装比较简单,容易接比较粗的水管,不过需要配合水管卡子,假如不上卡子的话有脱落的危险。一般可以配合内径为8mm、10mm以及12mm的水管,对水管外径则没有限制,这也是三种水嘴中最常用的。卡子可以使用五金店里买的燃气橡胶管卡子(图22),或者图省力直接用尼龙扎线固定。
  快插水嘴属于气动零件,利用倒扣固定水管,并设有胶圈防止渗漏。水管要有一定厚度和硬度才可配合使用。一般规格有10/8和8/6两种。它的优点是安装拆卸方便,可承受一定程度上的拉扯。但是方便的东西总有它的缺点:对水管尺寸要求最高,而且如果上下左右摇摆水管容易渗漏。由于设计问题,它不适用于过大的水管,外径12mm的水管已经是极限,而且必须使用有一定硬度的PU管。
  最后一种锁头水嘴在品牌套装水冷中最常见。顾名思义,它会锁住水管的头部。它也属于气动零件,有锁母设计,水嘴部分有类似宝塔的设计,再利用螺丝收紧,效果是3种接头中最好的。一般规格有12/10、12/8以及10/6.5等几种。它的优点是安装便利性较好,固定水管效果最好,可承受大力拉扯和上下左右摇动,除非水管破损或者断裂,否则一般不会漏水。不过锁头水嘴也有它的缺点:受设计影响,使用的水管尺寸受限制,一般最高规格是支持12/10的水管。
  值得注意的是,水嘴不光要注意连接水管的一头,拧在水冷设备上的一头也要注意,必须有橡皮圈防漏,每个水嘴都应该有。
  
  水泵和水箱
  水泵和水箱在水冷循环系统中有不同功能,但是不少厂商的解决方案就是把二者结合成一个整体。最常见的方式就是将水箱固定在水泵的进水口,不少厂商都推出过类似的产品。
  东远推出的水泵和水箱一体化产品S y s c o o l i n g SC-300(图23)非常具有代表性。这款循环泵加强了散热噪音的控制,整体尺寸为66mm×56mm×86mm,配备150mL超大水箱,最大流量为300L/h(升每小时),最大扬程更是高达1.9米,电压为DC 12V,功率控制在了4W左右,使用小3P接头供电。适合在PC机箱内使用。
  上面提到了几个技术参数,为了大家方便理解顺便做一下介绍。最大流量是指在理想状况下水泵泵水的速度,单位是升每小时,以上面东远的产品为例就是说这个泵每小时可以泵300升的水。这个参数的意义在于其能够决定水冷系统中水冷液流动速度的快慢,最大流量越大,在相同的管道下,水流速度越快。
  扬程也是水泵的一个重要技术指标,它指的是水泵垂直泵水的高度,形象地说就是水泵能把水“推”到多高(并不是像喷泉一样,而是拿竖直的长水管测试水泵最高能把水面“打”到多高)。这个参数的意义在于帮助用户确定水冷系统中最高点和最低点的落差,扬程越大,水冷系统的安装灵活度就越大。
  
  水冷液一般可以是绝缘的稀释硅油和不绝缘的UV液(图29)。前者在本文开头部分已经介绍过了,后者则是一种加入纯净水中的液体。混入UV液后虽然循环液还是导电的,但是腐蚀作用会大大降低,同时不少UV液还带有荧光效果,会使得水冷系统非常漂亮。
  
  Part 3 亲身体验水冷DIY之旅
  
  经过前文的介绍,相信绝大多数读者已经对水冷系统的基本组成有了一些了解,可是到电脑上实际应用还是会产生一些问题。这里笔者就拿自己水冷系统DIY经验做示范,希望能把这些经验和大家分享。
  
  需求决定购买
  首先说一下自己电脑的配置:Core 2 DuoE6700,精英GeForce 8800GTX、华硕Commando主板。由于CPU超频到了3.4GHz,加上B2步进的Core 2Duo“热情洋溢”,运行两个SP2004后即使在ZALMAN9700NT的压制下,温度也会超过75摄氏度。而GeForce8800GTX也不是省油的灯,超频到648MHz/1566MHz/2133MHz之后,即使将风扇调整到85%的转速,纵然风扇已经发出了“呼呼”的声音,依旧没有逃脱25分钟后超过90摄氏度高温的命运。面对这样两个发热大户,与其说是笔者想换水冷,不如说是被逼无奈的选择。
  开始DIY水冷系统之前,应该有读者会提出问题了,前文说到的这些水冷部件几乎没有在电脑城看到过,该如何购买呢?诚然,由于国内水冷市场并不是非常大,因此对于进口水冷头这样的商品,一般电脑城里的商家是不会备货的。建议大家最好求助于网络,比如淘宝网上就包括了“水冷王”的“冷网水冷散热专卖店”等大大小小许多专营商店,有些甚至能够提供国内市场上无法买到的好东西。了解购买渠道后就应该根据现有货源着手开始设计了。
  
  设计水冷结构
  在水冷系统设计之初就要确定它的水路结构。和电路一样,水路也有串联和并联两种。所谓串联就是“水泵出水口→CPU水冷头→CPU热排→GPU水冷头→GPU热排→水箱→水泵入水口”这样的结构。而并联则需要两个水泵、两个回路,都是“水泵→水冷头→热排→水箱→水泵”的回路。前者对于水泵的扬程和流量要求比较高,而且由于循环液往往先经过了CPU的加温,因此GPU的温度会较高。而后者性能很好,可惜由于要购买两个水泵,水管也更长一些,所以成本相对要高一些。鉴于笔者的CPU和显卡都 是发热大户,因此还是选择了后一种方案。
  
  水箱水泵水冷头
  确定了之后就要开始设计水箱水泵了。笔者在选择了“水冷王”的Bitpower的DP600水泵(扬程2米,流量500L/h)后,他还帮忙设计了这个水箱加水泵的组件(图30)。
  然后就是选择CPU水冷头。在比较了众多品牌的水冷头之后,我最终还是放弃了国产的CPU水冷头,而选择了D-TEK的FuZion。装上主板后发现这种做工精细的水冷头确实是一种艺术品(图31)。
  这里需要注意,主板上的MOSFET之前有CPU风扇照顾,但是上了水冷之后由于没有余风拂过,所以推荐像Commando这样MOSFET“裸露”的主板,最好还是自己手工贴上散热片(图32)。
  
  显卡水冷头
  然后是显卡水冷头。说来也巧,正当笔者准备高价购买进口显卡水冷头的时候,一个厂商朋友送来了一款当时还在测试阶段的一体化水冷头(图33、34)。
  这个水冷头是铝制的,和GPU核心接触部分则使用的是铜底。由于是测试样品,笔者在安装过程中还是出现了一个问题,由于尺寸的差异,导致水冷头接触NVIO芯片的接触部位厚了1.2mm(经过游标卡尺测量)。我只好用锉刀和细砂纸削去这多余的尺寸。看来在做工上,国产的水冷头与国外知名品牌相比还是有些差距的,不过欣慰的是装好后整体还算满意(图35、36)。
  
  确定水管长度
  差不多买好了所有东西后,要预估一下水管的长度。这件事情看上去很难,其实不然。你可以先按照设计的水路用绳子把水嘴和水嘴之间连上,调整到差不多的位置了,再把绳子剪下来量一下绳子的长度。记得整个过程中不要让绳子绷紧,同时最终剪裁水管的长度还需要在这个基础上再加上10cm~20cm,毕竟水管弯曲是有曲率半径最小值的。
  
  洞的直径建议稍大于水管外径1mm左右,同时由于现在机箱大多是镀锌钢板,钻孔后会暴露出金属材质,为了防止机箱生锈,记得在钻孔的位置喷漆。
  接下来是热排和风扇。为了漂亮,我在热排上选用了带蓝色UV灯光的12cm风扇,启动后的效果非常不错(图39)。最后终于可以把整套系统安装起来了,加入稀释硅油后就可以开始正常运作了(图40)。
  
  液体灌注与气泡排出
  接下来的一个小技巧就是在关机状态下灌入液体的时候,可能不会灌满整个管子和水冷头。这时候是不能开机的,那该怎么办呢?我们可以拿出备用电源,短接24Pin主板插头的绿色线和一根黑线来启动电源带动水泵,直到绝大多数水路都灌满液体后才能开机。
  最后也是最重要一个问题,初期水路中会有一些空气气泡,我们需要将它排干净。尤其是在热排中,不排干净会严重影响热排的散热效率。只需要双手捧起热排左右摇晃后就可以了,最后气泡都会集中到水箱中,此时需要继续向水箱中灌入液体直至水路没有任何肉眼可见的气泡。这样的好处在于没有气泡经过水泵,水泵的声音会更小一些。
  注:如果像笔者这样使用非潜水式设计,请务必在水泵下垫上充气泡沫等填充物,以减轻振动。
  
  写在最后
  
  经过了这样一番长征般的辛苦劳作后,终于到了开始享受劳动成果的时候了。改装后CPU的温度不超过55摄氏度,GPU不超过65摄氏度。甚至后来把CPU升级到Core 2 Extreme QX9650并超频至4.5GHz,满载的温度也没有超过65摄氏度。倒是笔者最近一次升级后的X48主板Rampage Formula的北桥由于没有了CPU风扇的照顾而发了高烧。这里笔者特别提醒使用X38、X48和NVIDIA芯片组的用户,在升级水冷后一定要给北桥芯片加上主动散热装置,并注意周边元件的散热!
  水冷系统的DIY对于入门级玩家来说确实太难了,这一点必须承认,但是对于相信自己动手能力,并且不满风冷效能的玩家来说却是完全值得尝试的。从入门的300多元的水冷到笔者这样花去了3000多元的高端水冷,相信总有一款会适合你。
  其实,安装水冷后还有很多很好玩的事情可以做。比如在机箱内安装荧光灯管、配合UV液能够制造出如梦如幻的景象、再把机箱侧板改造成透明的……总之“玩”电脑水冷,本文讲的仅仅是一个开始而已。更多的乐趣,你要慢慢去发掘!
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