PCEVA,PC绝对领域,探寻真正的电脑知识

标题: 打造完美电脑---显卡散热方案讨论与评测之风道和气流测试 [打印本页]

作者: hyenax1950xtx 时间: 2014-8-1 00:52
标题: 打造完美电脑---显卡散热方案讨论与评测之风道和气流测试
为找到一个成本与性能俱佳的游戏主机方案，重点解决显卡散热的问题，给DIY方案提出选购与组装的有价值的建议，PCEVA之前已经开展了显卡散热方案征集活动，今年本站站长石头想继续这个讨论，而且深度与规模都要加强，前期也进行了一些样卡收集工作“打造完美电脑---显卡散热方案讨论与评测”，但无奈借不到足够的样品进行横评，故本期针对基本散热原理进行测试。

在PCEVA显卡区工作的这段时间以来，经常发现有不少用户使用同一款显卡产品，却得到了截然相反的温度和噪音体验，那是什么在影响我们使用的显卡的工作温度和噪音控制呢，显然是显卡的工作环境带来的，显卡的工作环境包括宏观环境和微观环境，宏观环境就是我们的天气进而还有室温，微观环境就是我们所有主机配件所工作在的机箱。

要深入细致的研究一个设备的散热能力是一件非常非常复杂的事情，先说宏观环境就包括天气（温度、湿度）、地理（海拔高度、大气气压）还有室内通风环境，微观环境还有一些流体力学涉及到的影响条件，加上对应的测试仪器仪表缺乏和很难拥有的消音室、风洞，这个问题我们只能相对“粗糙”的看待

一、显卡和机箱：

既然宏观环境我们不能左右，所以本次测试选择在一个集中的时间点上进行，尽可能减小室内温湿度、空气流动带来的影响，进而探究一下对显卡工作温度和噪声影响最大的设备——机箱；

机箱在诞生之初其实只是为装载、保护电脑零件而设计的，并没有过多的考虑到散热的因素，况且当时的芯片还不需要辅助散热设备，基本是芯片裸露在空气中进行工作，自Intel的Pentium III开始，芯片的发热越来越大并且已经到达了需要主动散热的程度，由于主动散热的出现，使得原本只是为装载、保护电脑零件而设计的机箱内部出现高温堆积的问题，因此就有了Intel公司的TAC机箱规范，机箱风道的概念也正是在这时开始兴起，也就是以前机箱卖点的一个概念——38°机箱。

在TAC1.0版中，Intel的设计概念是通过加装直径约60mm的可调节侧面板导风管，并使用80mm机箱后侧排风扇来加强机箱内部空气对流，从而实现CPU正上方空气恒温38°的散热效果，不过由于CPU的功耗提升的太快，这种设计目前只能满足Intel Celeron D档次中低档系统的散热需求，之后Intel对TAC 1.0标准进行了微小的修改，使风道形成得更加合理，这就诞生了TAC 1.1标准。新版本将侧面板导风管增大到80mm，机箱后侧排风扇增大到92mm，这就是早期的机箱风道。

而第二次推动机箱散热能力发展的设备却不是CPU，而是显卡，随着显卡核心规模的大增，其发热量也在逐渐上升，尤其是当时被誉为“销魂电吹风”的Geforce FX5800/5900/5950 Ultra的出现，Intel推出的38°机箱面对这种高热大户时也越来越举步维艰，因此Intel公司进而推出了TAC 2.0机箱规范，在TAC 1.1规范的基础上还在显卡和扩展卡插槽之上新增了一个侧面板通风口，为高端显卡和外设提供额外的冷却通道。

说到这里，大家应该对机箱有了一个概念——就是建立一个空气流通的通道，也就是“风道”，风道是指空气在机箱内运动的轨迹，合理设计的机箱，在风扇的帮助下能形成有效的风道，简单说就是机箱的设计必需要考虑冷风从哪里进入，热风从哪里散出，风的流向如何控制，如果一个机箱没有合理的风道设计，任凭风扇的散热能力再强转速再高，也只能是在一堆“热气”中不断旋转，其散热效果可想而知，设计合理的机箱风道能在风扇的帮助下形成有效的气流通道，冷风从一侧散热孔进入，在风扇的帮助下，从另外一侧的散热孔抽出，在流动的过程中途径硬盘、显卡、主板和CPU并带走它们产生的热量。

但有了风道也只是机箱散热概念中的一个分支，前面我们了解到风道的形成是为了带走设备的热量，但设备有多大的发热，风道每秒钟可以带走多少热量我们并不知道，这里就要涉及到这个风道的风速、风量和风压（由于缺乏仪器仪表我们无法测定这三个数值），再把这个概念抽象一点理解就是气流压力，气流压力设计的优劣会造成硬件散热效果的天壤之别，根据风扇发射气流的方向，气流压力又有正压、负压和均压之分。

正压气流：

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这个概念说来很简单，当风扇向机箱内部发射的气流量高于风扇向机箱外部发射的量时，让机箱内部的气压高于外部，即称之为正压。

那么正压风道有些什么样的特点呢：空气流动时会自己寻找阻力最小的路径，因此无论你的风扇位置如何设定，风扇姿态如何摆放，都难以确定空气会按照你设计好的路线流动，正压风道却可以让空气挤压机箱内部的每一个表面，然后从一切可溢出的孔洞、缝隙挤出机箱，而其缺点也很明显，集中化的进风口会成为一个威力巨大的吸尘器，时间久了，灰尘堆积就会降低进风口气流量引起机箱内部热量堆积。

负压气流：

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负压气流就是和正压相反，当风扇向机箱内部发射的气流量低于风扇向机箱外部发射的量时，让机箱内部的气压低于外部，即称之为负压。

特点也就自然和正压相反，机箱内部的低压会使得外部空气从每一个可以流通的孔洞和缝隙进入机箱，途经之处带走机箱内部每一个表面的热量，最后从形成气流漩涡的排风口流出机箱，虽然负压不会像正压那样让空气去挤压设备，但大量的气流缓慢的进入则会使得CPU和显卡自己的散热能吸收到大量冷空气，而不会像正压气流那样去做一些无用功，并且显著减少硬件热量在机箱内停留的时间，而其缺点也类似正压，若机箱的密封做得不够好的话，机箱内部将会成为一个灰尘堆积场。

均压气流：

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理解了正压和负压气流，那么均压就不难理解了，也就是机箱内部的气压等于外部，貌似可以兼顾二者优点，实际和裸机没什么分别，只能依靠风扇带来空气的流动，因此只在老式机箱中有见到，现在很少很少有厂商采用这一方案。

二、不同组合的散热方式测试：

测试平台：

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测试机箱采用海盗船的760T，显卡采用微星R9-280X Gaming。

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室内噪音测试：

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由于室内噪音已经到60dBA附近，测试仪器已经没有参考价值，故而选择显卡风扇转速代表噪音的变化，因为微星Gaming系列显卡采用的TwinFrozr IV散热器使用10cm双大风扇设计，转速在1500RPM时，噪音是非常非常轻的，大家可以参考这个基准点来判断噪音的程度。

测试样本说明：

下面我们根据海盗船760T机箱的风扇布局，选择开关三个140mm的AF140L风扇以形成不同的气流压强进行对比，但我缺少测试气压的仪器仪表，故无法明确的判断是正压、负压还是均压。

无风扇状态：

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此时，仅有CPU的120mm冷排扇在外排气流，同时显卡的轴流风扇也会通过PCI-E孔位外排气流，实际机箱内部是一个低气流的负压状态；

后置140mm x1单独工作：

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继续增加外排气流能力，增大外部压强，实际是强化过的低气流负压状态；

前置140mm x1+后置140mm x1：

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增加一个前置进气扇，加强机箱内部的气流运动，由于对等关系为1:3，所以还是一个负压状态，不过气流的流动能力更强；

前置140mm x2：

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关闭后置的140mm排气扇，增加一个140mm的前置进气扇，实际是一个低气流的正压状态；

前置140mm x2+后置140mm x1：

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风扇全部打开，实际应该还是一个正压状态，不过是拥有高速气流运动之后的正压；

三、散热和减噪能力测试：

测试选择运营八款游戏的Benchmark程序，尽量模仿玩家实际使用中的状态，每个Benchmark程序连续运行三遍以保证显卡进入工作温度

蝙蝠侠·阿甘起源：

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可以明显的看到，拥有双前置140mm进风扇时，显卡的工作状态非常好，温度不高于80°C，风扇转速不超过1500RPM，很安静，相反，无前置时，转速高达2000RPM以上，温度接近90°C。

英雄连 2：

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这款游戏的显卡工作温度并不高，五种模式基本都不超过1500RPM，风扇全开时最高工作温度甚至低于70°C。

超级房车赛 2：

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情况和蝙蝠侠类似，无前置时，转速高达2000RPM以上，温度接近90°C。

杀手·赦免：

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情况和英雄连2类似，这款游戏的显卡工作温度并不高。

热血无赖：

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这款游戏是我测试过显卡工作温度最高的游戏，风扇全开时，显卡的工作温度恒定在80°C，风扇转速1500RPM附近，双前置则比这个状态稍微差一些，无前置时，最高温度轻松越过90°C，风扇转速最高高达2700RPM。

神偷 4：

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神偷4的工作温度也相当高。

古墓丽影 9：

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古墓9的工作温度也很高。

全面战争：罗马 2：

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四、机型内部热量分布说明和显卡供电温度：

无风扇状态：

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可以清晰的看到，机箱内部已经高温遍布了，核芯背面高达97.3°C，显卡供电温度达到100°C，幸好微星的R9-280X Gaming v1.2采用强化过的十相供电以及新的电感，若是普通供电设计的显卡，此时恐怕已经开始高温啸叫了

后置140mm x1单独工作：

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增加一个后置140mm排风扇后，机箱内部温度有所好转，但缺乏气流流动仍不能有效解决显卡散热，此时核芯背面高达93.7°C，显卡供电温度达到92.9°C

前置140mm x1+后置140mm x1：

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再增加一个前置140mm进风扇后，机箱内部温度得到控制，核芯背面85.5°C，显卡供电温度达到88.4°C

前置140mm x2：

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由于关闭了后置140mm排风扇，机箱内部温度反而升高，但得益于双前置140mm进风扇的大量气流，又是对着显卡正吹，此时核芯背面温度降低至81.0°C，显卡供电降低至83.2°C

前置140mm x2+后置140mm x1：

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当风扇全开时，机箱内部温度得到有效控制，此时核芯背面温度降低至79.0°C，显卡供电降低至75.4°C

五、总结：

通过本次测试，结果已经很明确，无论机箱风道如何去设计，保持机箱内部的快速气流流通才是解决显卡散热问题的根本，无论正压还是负压，只有保持机箱内部的快速气流流通才能降低设备的工作温度，降低设备的工作噪音（但此时机箱风扇的噪音又会上来，这个问题需要对应取舍了）

意见采集贴中，一些玩家提出要测试银欣的垂直风道机箱，其实这是一个高强度气流运动的正压机箱（3x180mm进风+1x120mm排风），实际测试效果并不会差

因此当我们选购机箱，尤其是搭配了发热量较大的独显时，一定要考虑好自己机箱的空气流动情况，无论是何种风道还是气压，使空气在机箱内高速流动并途径到高热配件才是亘古不变的定律。

作者: 暴疯狂笑 时间: 2014-8-1 01:01

通过本次测试，结果已经很明确，无论机箱风道如何去设计，保持机箱内部的快速气流流通才是解决显卡散热问题的根本

作者: myth999 时间: 2014-8-1 09:05
通过本次测试，结果已经很明确，无论机箱风道如何去设计，保持机箱内部的快速气流流通才是解决显卡散热问题的根本

这个结论其实就是告诉广大屌丝朋友，实在是穷的没得办法，三伏天热得没办法。
把什么机箱风扇都关了扔一边，买把几十块的鸿运扇，开了侧盖，对着显卡和CPU中间的位置（就是图中红得发亮的地方），三档风吹下去。什么甜甜圈，卡成狗统统灰飞烟灭。神马猫扇大台风都干不过这货。。。。

作者: myth999 时间: 2014-8-1 09:50
个人高度想看看测试银欣的垂直风道机箱，

作者: cabal 时间: 2014-8-1 12:20

myth999 发表于 2014-8-1 09:50
个人高度想看看测试银欣的垂直风道机箱，

这个简单，乌鸦倒过来不就相当于2-3个18CM进风1个12CM出风么，直接参考第三种风道就好了
不过你也别想的太神，我乌鸦2里的290X公版，室温27度时55转速一样直接上90。

作者: mustardgs 时间: 2014-8-1 19:09
写那么长真不容易可惜没看完

现在装机只做正压只要把进气的几个扇子外面做好防尘其他地方就都不会积灰了扫灰也非常简单直接那吸尘器吸掉滤网上的积灰就OK了

防尘网不是那种薄板冲孔的要网格垫海绵的才有效果

作者: kmt 时间: 2014-8-2 12:56
还是喜欢乌鸦的风到

作者: 过客匆匆甲 时间: 2014-8-2 16:39
内容详实丰富，难得的优质好文，不顶没天理。

作者: 过客匆匆甲 时间: 2014-8-2 16:44

myth999 发表于 2014-8-1 09:05
通过本次测试，结果已经很明确，无论机箱风道如何去设计，保持机箱内部的快速气流流通才是解决显卡散热问题 ...

这是穷人专用的最直接也是最有效的手段，真理呀

作者: 探索者天蝎座 时间: 2014-8-2 16:46
H大神的完全技术贴非常好看，学习中

作者: bbq007 时间: 2014-8-2 16:55
辛苦H大了,测试辛苦了,终于有结论了...

我正在用最有效那种...

作者: dongyi945 时间: 2014-8-2 18:26
装机一年，还没把独立显卡买到。继续核芯显卡。
考虑今年要不要用信用卡刷一张。

作者: heguai 时间: 2014-8-7 09:05
很好的测试，H大辛苦了
但这个测试结果，其实大家都猜到的，机箱风扇，风道，目的就是为了尽快把机箱内的两个巨大发热体，CPU和显卡所产生的热量尽快抽出去，抽风机一样，让机箱内部和外部环境温度保持尽可能一致，就是最好的散热效果了
这点倒不觉得有太高的技术含量的

作者: luodoo520 时间: 2014-8-7 09:37
学会了屌丝还是打开机箱家用风扇吹吧........

作者: 英雄贵姓 时间: 2014-8-7 19:58
好大一篇，无论怎么样都幸苦了

作者: mqwxp 时间: 2014-8-9 02:58
半夜顶好贴

作者: carew 时间: 2014-8-12 07:01
好帖定期清理灰尘也很重要

作者: v724 时间: 2014-8-12 08:19
不知道GT1850的PWM版应该装在机箱的哪儿呢

作者: faninx 时间: 2014-8-13 11:37
Mark学习家里的风道一直一般般而且还有些线阻挡了

作者: applyjie 时间: 2014-8-14 01:35
这个测试提供了很好的装机参考。另外问一下冷排吹好还是吸好呢，风扇是温柔台风。

作者: hyenax1950xtx 时间: 2014-8-14 09:21

applyjie 发表于 2014-8-14 01:35
这个测试提供了很好的装机参考。另外问一下冷排吹好还是吸好呢，风扇是温柔台风。 ...

原则上，设计成让新鲜的冷风吹向高热设备，再增加一个出风设计形成风道即可

作者: applyjie 时间: 2014-8-14 13:55

hyenax1950xtx 发表于 2014-8-14 09:21
原则上，设计成让新鲜的冷风吹向高热设备，再增加一个出风设计形成风道即可

...

一般冷排都是安装在出风口位置，效能最高应该是一吹一吸，但是机箱空间有限只能取其一，机箱是正压差，不知吹效率高，还是吸效率高？

作者: hyenax1950xtx 时间: 2014-8-14 15:10

applyjie 发表于 2014-8-14 13:55
一般冷排都是安装在出风口位置，效能最高应该是一吹一吸，但是机箱空间有限只能取其一，机箱是正压差，不 ...

对于发热设备是吹效率高

作者: tomoyo 时间: 2014-8-14 15:31
其实最热应该是显卡背后吧。。尤其使用非下压式CPU风扇的话。。

作者: catd9r 时间: 2014-8-15 12:02
目前我的fx9590+7990大火炉，风冷夏天必须打开侧板，并且GPU降频使用。

作者: hyenax1950xtx 时间: 2014-8-15 12:04

catd9r 发表于 2014-8-15 12:02
目前我的fx9590+7990大火炉，风冷夏天必须打开侧板，并且GPU降频使用。

这平台的发热能力。。。

作者: catd9r 时间: 2014-8-15 12:12
呵呵，古墓9，显卡不降频20分钟蓝屏。
不过9590发热不是那么的夸张，猫头鹰14那个散热器完全满足。最高就65°左右。

作者: hyenax1950xtx 时间: 2014-8-15 12:40

catd9r 发表于 2014-8-15 12:12
呵呵，古墓9，显卡不降频20分钟蓝屏。
不过9590发热不是那么的夸张，猫头鹰14那个散热器完全满足。最高就65 ...

我同事的7990是拿两个GT1850挂在侧板上对着吹

作者: catd9r 时间: 2014-8-15 13:35
风冷也就这样了，想温度好看必须上水啊。现在女儿还小没时间折腾。我前段时间的目标是，水冷压9590+7990*2！！！呵呵。不知道什么时间能实现。

作者: a9642317 时间: 2014-8-16 23:24
说明了，我们需要一个正压风道的机箱。。。热空气不是上升的吗，垂直风道真的差不多么

作者: rocky3567 时间: 2014-8-20 12:13
首先感谢H大的这篇文章受益匪浅
看来还得多买点风扇先马奇迹3的机箱 H大有推荐的低端风扇么》？

作者: hyenax1950xtx 时间: 2014-8-20 13:32

rocky3567 发表于 2014-8-20 12:13
首先感谢H大的这篇文章受益匪浅
看来还得多买点风扇先马奇迹3的机箱 H大有推荐的低端风扇么》？ ...

可以去散热区问一下

作者: 韩柏8250 时间: 2014-8-23 19:56

a9642317 发表于 2014-8-16 23:24
说明了，我们需要一个正压风道的机箱。。。热空气不是上升的吗，垂直风道真的差不多么 ...

我感觉不错，i7 930 4G +GTX480，稳定运行中，箱子是乌鸦2E

作者: DragonBorn 时间: 2014-8-29 11:16
机箱的容量大小是否也会影响？
有一种说法：小容量机箱风道短，在风道通畅的情况下热交换的效率更高？
假设相同硬件配置，同样2进2出的设计，在大小不同容量的机箱内效果会有区别吗

作者: hyenax1950xtx 时间: 2014-8-29 11:18

DragonBorn 发表于 2014-8-29 11:16
机箱的容量大小是否也会影响？
有一种说法：小容量机箱风道短，在风道通畅的情况下热交换的效率更高？
假设 ...

你这个理解是正确的

作者: 白脚花狸猫 时间: 2014-10-11 21:16
好文章顶一次总没错的。

作者: 超级麻雀 时间: 2014-10-17 21:41
顶卡霸~~~

作者: helloshinji 时间: 2014-10-28 11:18
专业大神写的高深帖子，不顶没天理！

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