計算機冷卻系統：被動、主動、液體、氟利昂、水冷卻器、開放式蒸發、級聯、珀耳帖冷卻

計算機在運行過程中，其某些部件會變得很熱，如果產生的熱量沒有足夠快地排出，則計算機將由於違反其主要半導體部件的正常特性而根本無法工作。

從計算機的發熱部件中移除熱量是計算機冷卻系統解決的最重要的任務，它是一套專門的工具，在計算機被積極使用的整個過程中持續、系統、和諧地發揮作用。

在計算機冷卻系統的運行過程中，工作電流通過計算機的關鍵元件，特別是通過其係統單元的元件所產生的熱量被利用。在這種情況下產生的熱量取決於計算機的計算資源及其與機器可用的所有資源相關的當前負載。

在任何情況下，熱量都會在大氣中回收。在被動冷卻中，通過傳統的對流和紅外輻射，熱量通過散熱器直接從加熱部件散發到周圍空氣中。在主動冷卻中，除了對流和紅外輻射外，還使用風扇吹氣，這會增加對流強度（這種解決方案稱為“冷卻器”）。

還有液體冷卻系統，熱量首先通過熱載體傳遞，然後在大氣中再次使用。存在開放式蒸發系統，其中由於冷卻劑的相變而帶走熱量。

所以，根據計算機發熱部分的散熱原理，有冷卻系統：風冷、液冷、氟利昂、開放式蒸發和組合（基於珀耳帖元件和水冷器）。

被動風冷系統

非熱負荷設備根本不需要特殊的冷卻系統。非熱負載設備是指每平方厘米受熱表面的熱通量（熱通量密度）不超過 0.5 mW 的設備。在這些條件下，受熱表面相對於周圍空氣的過熱度不會高於 0.5°C，這種情況下通常的最大值為 +60°C。

但是，如果組件在正常運行模式下的熱參數超過這些值（同時保持發熱量相對較低），則只能在此類組件上安裝散熱器，即用於被動散熱的設備，即所謂的被動冷卻系統。

當芯片的功率較低，或者係統的計算能力要求不斷受到限制時，通常只需要一個散熱片就足夠了，甚至可以不用風扇。散熱器在每種情況下都是單獨選擇的。

基本上，被動冷卻系統以下列方式工作。由於材料的導熱性或借助熱管（熱虹吸管或蒸發室是不同的基本原理），熱量直接從加熱元件（芯片）傳遞到散熱器帶熱管的解決方案）。

散熱器的作用是通過紅外輻射將熱量輻射到周圍空間，簡單地通過周圍空氣的導熱係數傳遞熱量，有助於自然對流的發生。為了盡可能集中地在散熱器的整個區域散發熱量，散熱器的表面變成了黑色。

尤其是今天（在包括計算機在內的各種設備中），被動冷卻系統非常普遍。這種系統非常靈活，因為散熱器可以很容易地安裝在大多數熱密集型組件上。散熱器有效散熱面積越大，散熱效率越高。

影響散熱效率的重要因素是氣流通過散熱器的速度和溫度（尤其是與環境的溫差）。

很多人都知道，在將散熱器安裝到組件上之前，需要在配合面上塗抹導熱膏（例如 KPT-8）。這樣做是為了增加組件之間空間的導熱性。

最初，問題是散熱器和安裝它的部件的表面，經過工廠生產和研磨後，仍然有 10 微米左右的粗糙度，即使經過拋光，也有大約 5 微米的粗糙度。這些不規則性阻礙了連接表面盡可能緊密地無間隙地壓在一起，從而導致導熱性低的氣隙。

尺寸和有效面積最大的散熱器通常安裝在 CPU 和 GPU 上。如果需要組裝一台靜音計算機，那麼考慮到空氣通道的低速，需要特殊的非常大的散熱器，其特點是提高散熱效率。

主動風冷系統

為了改善冷卻效果，使通過散熱器的空氣流動更加強烈，還使用了風扇。裝有風扇的散熱器稱為冷卻器。冷卻器安裝在計算機的圖形處理器和中央處理器上。如果無法在某些組件上安裝散熱器，例如硬盤驅動器，或者不建議安裝散熱器，則使用不帶散熱器的簡單風扇吹出。這已經足夠了。

液冷系統

液體冷卻系統的工作原理是藉助系統中循環的工作流體將熱量從冷卻組件傳遞到散熱器。這種液體通常是含有殺菌和抗電流添加劑的蒸餾水或防凍劑、油、其他特殊液體，在某些情況下還包括液態金屬。

這樣的系統必然包括：用於循環流體的泵和散熱器（水塊，冷卻頭）以從加熱元件帶走熱量並將其傳遞給工作流體。然後熱量由散熱器（主動或被動系統）散發。

此外，液體冷卻系統有一個工作流體儲存器，可以補償其熱膨脹並增加系統的熱慣性。罐體加註方便，工作液通過罐體排放也方便。在這樣的系統中，需要必要的軟管和管道。可選配液體流量傳感器。

工作流體具有足夠高的熱容量以在低循環速度和高導熱性下提供高冷卻效率，從而最小化蒸發表面和管壁之間的溫差。

氟利昂冷卻系統

處理器的極端超頻需要冷卻元件在其連續運行期間的負溫度。為此需要安裝氟利昂。這些系統是製冷裝置，其中蒸發器直接安裝在必須以非常高的速率從中移除熱量的部件上。

氟利昂系統的缺點，除了它的複雜性之外，還有：隔熱的需要、與冷凝水的強制鬥爭、同時冷卻多個部件的困難、高能耗和高價格。

水冷裝置

Waterchiller 是一種結合了氟利昂裝置和液體冷卻的冷卻系統。在此，系統中循環的防凍劑在使用氟利昂塊的熱交換器中進一步冷卻。

在這樣的系統中，借助氟利昂裝置獲得負溫度，並且液體可以同時冷卻多個組件。傳統的氟利昂冷卻系統不允許這樣做。水冷卻器的缺點是需要對整個系統進行隔熱，並且複雜且成本高。

開放式蒸發冷卻系統

開放式蒸汽冷卻系統使用工作流體——氦氣、液氮或乾冰等製冷劑。工作流體在直接安裝在必須快速冷卻的加熱元件上的開口玻璃中蒸發。

這種方法屬於業餘愛好者，主要供需要對可用設備進行極端超頻（“超頻”）的愛好者使用。使用這種方法，可以獲得最低溫度，但是裝有製冷劑的玻璃需要定期補充，也就是說，系統是有時間限制的，需要時刻注意。

串級冷卻系統

級聯冷卻系統意味著同時順序包含兩種或多種氟利昂。為了達到較低的溫度，使用沸點較低的氟利昂。如果氟利昂機器是單級的，則需要使用強力壓縮機來提高工作壓力。

但還有另一種選擇——用另一個類似的塊冷卻氟利昂塊的散熱器。因此，可以降低系統中的操作壓力並且不再需要壓縮機的高功率，可以使用傳統的壓縮機。級聯繫統儘管很複雜，但可以實現比傳統氟利昂裝置更低的溫度，並且與開放式蒸發系統相比，這種裝置可以連續工作。

帕爾帖冷卻系統

在冷卻系統中 帶有珀耳帖元件 它的冷端安裝在要冷卻的表面上，而元件的熱端在運行期間需要另一個系統的集中冷卻。系統比較緊湊。