◆ 水冷系统简单介绍

　　水是我们最熟悉不过的物质了，也是人类生活中最不可或缺的。除了是生命之源外，随着人们对水认识程度的增加，水的应用也更加广泛。

　　在水的种种特性中，有一项是非常出色的，那就是在所有液体中水的比热容是最大的。比热容是指把单位质量的物体升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量，简称比热，水的比热为4.19千焦/(克.℃)，和其它常见物质相比，水的比热是空气的4.2倍，铝的4.6倍，铜的10.7倍。

　　换而言之，如果用相同的热量去加热同样质量的水、空气、铝和铜，水的温度上升1℃的话，那么空气温度会上升4.2℃，铝上升4.6℃，而铜要上升10.7℃。

　　正因为水有着极高的比热容，因此覆盖地表70％的海洋能够很好的吸收来自太阳的热量并均衡整个大气的温度。在工业上，水在热交换中扮着非常重要的角色，由于它来源容易，价格低廉，且无毒无害，更重要的是它的高比热特性，是工业中冷却液体的不二选择。

　　在八九年前，台湾的一些电脑发烧友开始将水冷引入到CPU散热中。利用有水流通的模块与CPU核心接触，CPU的热量通过热传导的方式传递到水冷模块上，通过不断流动的水将热量带走，达到冷却CPU的目的。由于水的比热容很大，CPU的热量传递到水中后水的温度不会明显上升。

　　最基本的电脑水冷散热系统由储水箱、水泵、水冷头和散热排组成。水在水泵的作用下，从储水箱内传送到水冷头中，水与水冷头壳体进行热交换，水温升高，水冷头温度降低（另一方面，水冷头与CPU核心也同时在进行热传导），从水冷头流出来的水，流经散热排，散热排有着巨大的散热面积，水的温度在散热排的散热作用下，温度下降，流回储水箱，如此不停循环。当热交换达到平衡后，水温和CPU温度将会保持稳定。

　　可见水冷散热与风冷散热其本质是相同的，由于散热排的散热面积和散热环境远远要好于一般的风冷散热器，只需要一个低转速低噪音的风扇来协助其进行散热就可以取得很好效果，所以水冷有着风冷不可比拟的优势，那就是在保证良好降温的情况下，噪音也非常小。在人们对工作环境日益挑剔的今天，水冷散热系统的低噪音往往成为人们选择它最重要的理由。

　　经过几年的发展，电脑水冷散热系统也越来越成熟，许多散热器厂商纷纷推出水冷套装，水冷的安全性也得了充分保证，安装上也变得更加简易，当你需要散热和噪音两全齐美的解决方案时，水冷应该是你很好的选择。

◆ KAILON MK III 水冷系统

　　对于德国的KAILON公司，大多数人可能不太熟悉，它是西门子公司旗下一个专业研究计算机液冷散热系统的子公司，有着多年的出色液冷散热研究经验，在国外的水冷散热中有很高知名度，目前KAILON开始进军中国市场，其水冷产品在中国主打品牌为PREYTEK。而MK III Silencer是KAILON最新推出的水冷散热套装。

　　MK III寂静水冷套装产品包括：

　　1x 寂静塔(储水箱)
　　1x 12伏直流水泵
　　1x 塞锐尼铁CPU水冷头和扣具
　　1x 软水管，4米(透明，10/8mm)
　　1x 添加剂，120毫升
　　1x ATX电源启动器

　　MK III水冷套装主要卖点的低噪音和时尚外观设计。我们将从储水箱、水泵、水冷头和散热排四个方面对MK III作一些剖析，并试图去理解它的一些设计理念。

◆ MK III中的大块头——寂静塔

　　MK III中的储水箱，用“水柱”来称呼更贴切，它有个更好听的名字，叫“寂静塔”。高度470mm直径180mm（内直径110mm）的寂静塔，可以存储3.0-3.5升的水，重达4.5kg，是名副其实的大块头。

　　整个水柱显得相当有气势，拉丝处理的银色侧板很有时尚气息。

　　在寂静塔底部，可以看到有两个水管接头和一个电源线防漏水接头。这些都是安装在底盖上的。

　　底盖采用的是POM材料（共聚甲醛），俗称赛钢，压缩强度高，仅次于玻璃纤维，高刚性机械强度及硬度，耐磨及抗潜变性优异，耐磨抗化抗水解好，而且耐有机溶剂，热变形温度高，比常见的PVC材料性能要优秀很多。不过它不耐酸，不能近火，因此使用是要适当注意。

　　在寂静塔的设计中，有几个值得我们去注意。

◆ 寂静塔的设计剖析

　　· 翅片式换热器

　　将寂静塔的顶盖、水泵和侧板拆下来后，寂静塔的主体“裸露”在眼前。110mm的铝合金管外加56个散热鳍片，组成了工业上常见的翅片式换热器雏形。黑黑的主体表面作过电镀处理，增强其抗氧化抗腐蚀能力。

　　寂静塔除了储水之外，还有给水降温的作用。由于塔中的水主要是和塔外的空气进行热交换，因此热阻主要集中在空气这一侧，增加外置的翅片，一方面可以增加散热面积，另一方面可以促进空气的湍动，从而来改善寂静塔的散热效果。

　　为了降低主体与翅片之间的热阻，工业上多采用焊接、镶嵌等方法，让翅片和主体无缝结合。而寂静塔更是采用了主体与翅片一次铸成的方式，两者间的热阻降低到零。

　　· 烟囱效应

　　烟囱最初的应用形式就是筒状的物体，安装在厨房等进行燃料燃烧的地方，利用热空气上升的原理，从上部出风口排出热烟气，外面的新鲜冷空气由于气压的原因从底部入口被卷入，增加了燃料燃烧所需要的氧气，增强了火势。这就是“烟囱效应”。

　　在寂静塔的设计中，我们也能看到这样的设计思路。四片银色的挡板与主体上的翅片构成了一个一个的垂直小通道，小通道中的热空气从顶部排出，通道里的气压降低，冷空气从底部吸入，形成一个良性的风道，强化与翅片间的热对流。

　　烟囱效应的强弱取决于通道内外温度差和通道的高度，对于电脑上用的水柱，不可能故意去强化这两项。在这们实测中，环境温度28℃下，寂静塔翅片的温度在30-35℃间，也就是说通道内外的空气温度差是很小的，加上高度有限（主体高度为400mm），因此烟囱效应在寂静塔实际应用中作用是很小的。

　　测试表明，在有侧挡板（即有烟囱效应）和无侧挡板（无烟囱效应）情况下，CPU的温度基本一致。

　　· 高度密封

　　寂静塔在装上顶盖后，就是一个完全密封的水柱了。

　　随着水温不断上升，寂静塔内的水会不断蒸发和汽化，由于是密封的空间，水蒸气在顶盖处凝结。通过透明的顶盖，可以看到大量的水珠和水汽。

　　密封的最大好处在于保证循环水不会因为蒸发等原因慢慢减少，另外个好处是能有效阻止灰尘等进入循环水系统，减缓水垢等的生成（后面会有详述）。

　　如果单纯从散热性能来说，敞开式的水柱要优于封闭式的水柱，这是因为水在蒸发和汽化时，会带走一些热量，从而降低水的温度。敞开式的环境，会加剧蒸发（蒸发和水的表面积、温度和空气流通有关），封闭环境下，由于水上方的水蒸气饱和程度很高，水的相变也会减弱。

　　虽然敞开时散热能力稍好一点，但我们还是强烈推荐使用密封的循环水系统。水的不断减少和加剧结垢（其实还有腐蚀），和降低的那2-3℃度来比，弊大于利。

◆ MK III中的动力之源——磁悬浮水泵

　　MK III水冷系统的水泵是安装在寂静塔内的，固定在底盖之上，属于潜水泵类。水泵使用的电源为12V直流，与电脑电源的12V D型接口相连，电脑启动则水泵动，电脑关闭则水泵关。

　　MK III的水泵采用的是磁悬浮轴承设计。利用磁铁的同性相斥的特性来代替传统轴承，磁悬浮轴承可将磨擦系数降到零，可大幅度节约对能源的消耗。与传统滚珠轴承、滑动轴承以及油膜轴承相比，磁轴承不存在机械接触，转子可以达到很高的运转速度，具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点，特别适用高速、真空、超净等特殊环境。

　　正因为如此，MK III水泵表现出来的噪音让我们叹服，即便是将耳朵贴吧在外壁上，也很难听到水泵轴承转动的噪音，这是任何风扇所不能达到的。寂静塔或许也是由此而得名吧。

　　水泵作为流体传送的动力之所在，有一个很重要的指标，那就是扬程。扬程简单地讲，是指能将流体传送到离泵轴心多高的距离（垂直高度），单位为米。在官方提供的数据中，MK III水泵的扬程为1.4米，但在我们实际测试中，其扬程远不止这个数据。

　　即使是将水管举到天花板上，水还是会源源不断往外流出来。也就是说水泵的扬程实际超过2.5米。这意味着将你的电脑机箱放在桌子上，水柱放在地上，水泵也能很好地工作。

　　较大的扬程对水的流量有一定影响，对散热有帮助，但很微弱。

　　另外寂静塔位置的高低（也就是泵的位置），对散热能力的影响几乎没有。测试中，我们将寂静塔分别置于桌上和地上（高度相差75cm），CPU的温度没有任何变化。

◆ MK III中的心脏——塞锐尼铁CPU水冷头

　　水冷系统的最终目的为了给计算机中的高热芯片散热，MK III中担当此重任的为是CPU散热的塞锐尼铁水冷头，在Preytek的产品中，还有显卡用的水冷头可供选购。

　　塞锐尼铁水冷头由三部分组成，水管进出接头、上盖和金属底座，与处理器接触的底座面积为50*50*20mm，重200g，作为整个水冷系统中的心脏，水冷头的设计也是最有讲究的。

　　上盖采用的POM材料（赛钢），这个和寂静塔底盖用的材料是一样的，具有极高的硬度和强度，耐磨耐变形。密封圈能确保水冷头不会有跑冒滴漏发生。

　　在金属底座上，能看到有密密麻麻的鳍片，这些鳍片又分成三部分。在许多人看来，这样的设计也无什么特别之处，并不经意，如果你对热力学稍有了解的话，就能懂得塞锐尼铁水冷头独到的地方。

　　在热力学中，传热速率方程式为Q=KAΔt，其中K为总传热系数，A为传热面积，Δt为温度差，显然提高K、A，Δt中的任何值，均可强化传热过程。塞锐尼铁水冷头正是遵循这一原则而设计的。

　　我们最能直观感受的是，那些密集的金属鳍片可以增加传热面积（即A），水在流经水冷头时，能更大限度地与底座进行热交换。除此之外，它们还有很重要的作用。

　　水沿着壁面流过时，由于受到摩擦阻力的关系，会形成滞流层，滞流层的速度很慢，是主要的热阻之一，而提高水的流速可以减薄滞流底层的厚度，塞锐尼铁水冷头那三部分金属鳍片能够不断改变水的流动速度和方向，加强边界层的的湍动程度，从而达到提高总传热系数的目的（即K）。

　　而且水在从软管流入水冷头时，由于管道突然变大，会造成逆压强梯度，引起边界层的分离，形成大量漩涡（相当于死角），在流道中插入大量鳍片，可以有效地防止漩涡的产生。

　　从水冷头的设计，我们不难看出KAILON在此方面的深厚功底。

◆ MK III中的关键——散热排

　　水在流经水冷头后，水温必定上升，对于一套水冷系统而言，最重要最关键的是如何抑制水温的不断升高，担当此重任的就是散热排。MK III中标配的散热排型号为HPCR 120，可以安装120mm规格的风扇。

　　和前面介绍过的寂静塔主体类似，散热排在构造也是一种翅片式换热器，但由于翅片是安装在平板之间的，所以称之为板翅式换热器。水在平板间作蛇形流动，将热量交换给密密麻麻的翅片。采用折页式的散热翅片能很好的提高散热面积，并且热量能在翅片间无热阻传递。

　　我们再次强调，散热排的作用很重要，一套水冷散热能力的好坏，很大程度取决于散热排的优秀与否。优秀的散热排能将水温控制有合理的温度内，以达到理想的散热效果。

　　同时，散热排上风扇也是水冷系统的噪音来源之一（另一个来源于水泵），对于低噪音著称的水冷系统，无风扇散热排或低噪音风扇散热排是必然选择。

　　在MK III水冷系统中，我们分别测试了散热排无风扇和安装120*25mm低噪音(17dBA、1000RPM)风扇下CPU的温度变化：

　　可见，就算是个1000RPM的低速低噪音风扇，对整个水冷系统的帮助是非常大的。如果你觉得17dBA的噪音也不爽的话，接上个调速器，500RPM的速度10dBA的噪音，也能让你的水冷系统上个台阶。

　　超低速风扇加两个以上散热排串联，也是一个非常好的解决方案，不过成本也要高了。

◆ 循环水质的控制

　　水冷系统实际上是对水的循环使用，在这个过程中，由于水温的升高，水流速度的变化，水的蒸发，各种无机离子和有机物质的浓缩，灰尘杂物的进入以及设备结构和材料等各种因素的综合作用，使冷却水系统中的各项水质指标始终处于动态变化之中，可导致系统的结垢、沉积物的附着、设备腐蚀和微生物的大量滋生，以及由此形成的黏泥污垢堵塞管道，散热能力下降等问题。

　　水温升高，水分蒸发，水中二氧化碳逸出或从外部向水中引入过量的钙镁离子，都能形成结垢（通常是CaCO3）。CaCO3沉积在水冷头传热表面，它的导热性能很差。不同的水垢，其导热系数不同，但一般都不超过1.16W/(m.k)，而铜的导热系数为386W/(m.k)，必然会影响水冷头的传热效果。

　　而且水垢还会堵塞水冷头里密集散热鳍片间的通道，进一步影响散热能力。

　　在循环水中由于养分的浓缩，水温的升高，给细菌和藻类创造了迅速繁殖的条件（通常37℃是细菌最佳生长环境）。大量细菌分泌出的黏液像粘合剂一样能使水中飘浮的灰尘杂质和化学沉淀物黏附在一起，形成黏糊糊的沉淀物黏附在水塔和水冷头的传热表面上，黏泥积附在金属管壁上，形成氧的浓差电池，促使金属腐蚀。

　　另外在循环冷却水系统中，除了软水管外，其它都是是金属制造的设备，当金属与溶解有氧气的冷却水接触时，由于金属表面的不均一性和冷却水的导电性，在表面会形成许多腐蚀微电池，微电池的阳极区和阴极区分别发生氧化反应和还原反应。这些反应，促使微电池中阳极区的金属不断溶解而被腐蚀。

　　正是由于这些原因，MK III水冷套装中，还一瓶专用的添加剂，其主要作用是抗腐蚀和杀菌，容量120ml，实际上它是什么成份我们也不得知，估计应该是通过调节水中的PH值达到缓腐蚀作用，通过添加氯化杀生剂来达到抑制细菌生长的目的。

　　因此如果你确定长期使用循环水的话，请一定注入一定量的添加剂。当然并不是就此万事大吉，建议你每六个月更换一下循环水，并清洗一下管道和水冷头及水柱等设备。

　　全密封的MK III水冷系统，另一方面讲，可以一定程度上阻止灰尘和其它杂质进入水中，防止外界O2与循环水充分接触，对防结垢和抗腐蚀都有一定帮助。

　　特别要注意的是，添加剂为有毒液体，千万别饮而止渴……也不要让小朋友接触。

◆ MK III水冷系统的安装

　　水冷的安装虽然比风冷要麻烦点，但也很简单，看图说话好了：

◆ 测试平台及说明

　　我们使用了高发热量的英特尔Core 2 Quad Q6600（四核心）处理器来考验MK III水冷系统的散热能力，其TDP达到105W（B3步进的，新的G0步进TDP降为95W了），相对于双核的65W要高出不少，并且从原来的2.4GHz超频到3.0GHz（333MHz*9），CPU核心电压提升到1.500V，这样的发热量是非常恐怖的，估算TDP将达到170W。

　　作为参照对象，选用了有风冷之王美誉的Tuniq Tower 120散热器。

　　散热排上安装了Enermax UC-12EB风扇，规格为120*120*25mm，最大转速1100RPM（实测），标称噪音17dBA。水冷系统中，噪音来源于水泵和散热排的风扇，MK III使用的是磁悬浮轴承设计的水泵，噪音几不可闻，因此散热排选用的风扇成为噪音的主要发源地。我们选用的17dBA噪音风扇是非常安静的，就是为了真实模拟水冷用户的使用需求。

　　整个测试过程中，室温保持在27度（空调房），平台裸露在外。由于水冷对机箱内的温度并不敏感，更依赖于散热排和水柱所处的环境温度（都在机箱外），因此这样的测试对于水冷来说更加苛刻。

　　测试中我们分别用Everest记录水冷和风冷在空闲和满负荷情况下的CPU稳定的温度。满负荷通过SP2004软件来实现。打开四个SP2004，每个对应一个CPU核心并开始运行。这样的目的是让处理器四个核心均满负荷工作，发热量达到最大。

　　水冷时，循环水、CPU和环境要达到热平衡，需要一个较长的时间（半小时以上）。

◆ 测试成绩

　　·MK III水冷系统时CPU温度

　　·Tuniq Tower 120风冷时CPU温度

　　满负荷下，MK III水冷下CPU的温度稳定在75-76℃，Tower 120风冷下CPU的温度在73-75℃间，空闲状态下，水冷和风冷时CPU的温度分别为42℃和40-41℃。从这个测试成绩来看，MK III的散热能力和Tower 120在同一档次。如果安装在机箱内的话，风冷散热器对机箱内温度非常敏感，CPU温度必定会上升，而对水冷散热器几乎没什么影响，所以从这一方面去衡量的话，MK III水冷系统的散热能力和风冷之王Tower 120相比有过之而无不如。

　　前面分析过，水冷系统散热能力的好坏，关键在于散热排，我们也测试过散热排无风扇和装上高速风扇时满负荷下CPU的温度，Tower 120风扇转速为2200RPM左右。

　　足见散热排在整个水冷系统中举足轻重的地位。

　　关于水柱放置位置的高低和烟囱效应的侧挡板对散热的影响，也做过对比测试，因为看不出什么变化，就不列举成绩了。

◆ 测试总结

　　经过十多天的试用，我们对KAILON MK III Silencer水冷系统有了较深的认识，无论是它的设计理念还是实际性能。和风冷顶级产品相比，MK III并没有比顶级风冷散热器更突出的散热表现，但它兼顾了静音，是在性能与静音间一个非常好的平衡选择。

　　如果你更追求散热能力的话，给MK III的散热排装上高转速的风扇，或者多散热排并联使用，将水温控制在33℃以下，相信没有风冷散热器能与之相比。

　　如果你追求静音的话，给低速低噪音风扇再装上调速器，牺牲一点散热能力换取更安静的环境也是不错的，毕竟以MK III的散热能力，压制当今的CPU还是足够的。

　　KAILON MK III Silencer水冷套装市场参考价为1780元，这样的价格和顶级风冷散热器相比，也要高出几倍，显然它所面对的消费群是那些对静音有苛刻要求的用户。

　　水冷发展到今天，排除安装和价格上的因素，安全性仍是用户最担心的事，比如说漏水、爆管、水泵故障等，MK III水冷系统在各部件的密封性上是令人放心的，但在我们看来，防患于未燃是非常必要的，MK III水冷系统缺少预警上的设计，也就是缺少异常情况警报。当你的水泵停止工作时，你是很难发现管道里是不是有水在流动。另外，添加一个流量计也能让用户更直观地了解水冷系统的工作状况。