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散熱扇(Computer fan)或散熱風扇是冷卻電腦機箱的風扇,可以在機箱內或外,會將較冷的空氣帶到機箱內部,將內部較熱的空氣排出,讓空氣通過散熱片冷卻其他零件。電腦中常用軸流扇,有時用離心式風扇。散熱扇有一些標準尺寸,會用3針或4針的風扇電子連接器供電控制。近年除了改進了噪音與耗電等基本功能外,還演變出造型多樣且有燈光效果的散熱扇。
最早期的個人電腦用自然對流(無動力製冷)散熱,現代的電腦則用更有效方法的散熱。為了冷卻當中的零件,風扇會將電腦中的熱空氣排出,並將冷空氣抽入電腦中。若是整合在零件上的風扇,一般會結合散熱片,以增加零件散熱時和空氣接觸的面積,增加散熱效果。不一定會控制風扇。電腦的BIOS(基本輸入/輸出系統)會控制電腦內建風扇的速度。使用者可透過額外的冷卻模組補充此功能,也可加上手動風扇控制器及改變風扇轉速的旋鈕[1]。
在IBM PC兼容機市場,電腦的電源供應器(PSU)都會用排風扇來排出電源供應器中的熱空氣。中央處理器的主動散熱零件最早是在Intel 80486出現的,在1997年開始成為所有桌上型電腦的標準[2],自從2000年代後期使用奔騰4後,其機箱風扇(Chassis fan)多半會是排風扇,會放在機箱的後方,可以將熱空氣排到機箱外,有些也會有一個選配的進氣風扇,在前方將冷空氣抽入機箱內[2]。
風扇可以將機殼中的空氣流通。若機內溫度過高,機內的零件散熱效果會變差。機殼風扇可以是進氣風扇,將外界空氣抽進機殼內部的(有些可能會裝在硬碟架上),也可以是排氣扇,將溫熱的空氣從上方或後方排出機殼外部。有些ATX規格的機殼在機殼左方有一個或是多個的通風孔及固定孔,可以裝一個或是多個風扇,直接將冷空氣吹向主機板及擴充卡(電腦內最大的發熱源)。
標準軸向機殼風扇的寬度或長度多半是40, 60, 80, 92, 120, 140, 200或220毫米。機殼風扇是電腦上最容易讓人看到的散熱型式,因此有一些裝飾用的風扇,上面可以裝設發光二極管、也有些材質是紫外綫反應性的塑膠,或是使用裝飾格柵。若是進氣風扇,會裝設空氣濾清器,避免灰塵進入機殼內部卡住內部零件。散熱片特別容易受到灰塵卡住的影響,因為灰塵導熱不好,會讓散熱片的散熱效果迅速變差。
電源供應器(PSU)多半都會有風扇,少有例外,不過這個風扇不是用來作機殼散熱用。電源供應器的進氣溫度越高,電源供應器也就越熱。當電源供應器的溫度上昇,其內部零件的電導率就會下降,因此電源供應器在供電過程中會將更多的能量轉換為熱能,使溫度進一步上昇。溫度上昇以及效率下降的惡性循環可能會使電源供應器過熱,也有可能會因散熱扇轉的夠快,使得溫度較電源供應器低的空氣可以幫電源供應器冷卻。有些電源供應器會放在電腦的下方,有獨立的進氣及排氣通道,進氣通道可能還會加上防塵濾網。
中央處理器風扇是用來冷卻中央處理器(CPU)散熱片用的風扇。針對集中性的熱源(例如大型集成電路),用散熱片可以有效的散熱,配合風扇效果會更好[3]。若沒有用散熱片,只用風扇可能無法避免晶片過熱。
顯卡風扇是用來冷卻顯卡上的圖形處理器或記憶體,早期顯卡功耗較低,不一定需要風扇冷卻,但現代大部份支援3D繪圖,或遊戲專用顯卡就要獨立風扇。有些高功耗的顯卡產生的熱量甚至比中央處理器高(最高可到289瓦[4]),因此有效的散熱格外重要。2010年起的顯卡可以用軸流扇或離心扇散熱。
晶片組風扇為主機板晶片組的北橋模組散熱片散熱。若系統匯流排有顯著的超頻,比正常情形產生的熱還要多,會需要晶片組風扇散熱,一般應用下,不需要晶片組的風扇。現在許多晶片組的功能都已整合到中央處理器中,其晶片組的重要性已下降,其發熱量也隨之降低。
冷卻用的風扇可以裝在硬碟附近,或裝在風扇上。硬碟的發熱量較大,而且是對溫度敏感的設備,不能在過高溫度下操作。硬碟在大部份情形下,用自然冷卻即可散熱,不過有些時候會需要散熱扇,像是以下這些條件。
也有一些硬碟因結構或位置關係,一定要用風扇散熱。
殼體風扇可以裝在外殼上的散熱器上,同步運作來讓冷卻裝置中的工質冷卻,並且讓機殼通風。在筆記型電腦中,會有一個風扇幫散熱片散熱,而散熱片和CPU、GPU之間是用熱導管相連。在機架安裝的伺服器內,會有一排風扇產生從前到後的氣流,氣流由被動管道或是導流罩引導到零件的散熱片。
風扇也可以用在以下的用途中,不過比較少見:
散熱扇需要有低壓力,高空氣流量,大部份的電腦散熱扇都會用軸流扇、離心扇或是橫流風扇[7]。其中有兩個重要的功能規格,一個是可以帶動的氣流,會用立方英尺每分鐘(CFM)表示,另一個則是靜壓[8]。若是家用或是辦公室電腦的場合,風扇的音量也很重要,一般會用分貝表示,相同CFM的風扇,體積較大的風扇多半會比較安靜。
有些玩家、機殼改裝者會在風扇上加裝彩色的LED燈,也有不同顏色的散熱扇。
散熱扇的尺寸以及固定孔的位置需要搭配需安裝風扇的設備。一般常用方形外框的風扇,不過有時也會使用圓形外框的風扇,有些圓形外框的風扇其固定孔可以配合較小尺寸的方形外框的風扇。尺寸的單位多半是mm,其單位是風扇外框的尺寸,不是固定孔之間的距離。常見的尺寸有40 mm、60 mm、80 mm、92 mm、120 mm、180 mm、200 mm及140 mm,有時也有 8 mm[9]、17 mm[10]、 20 mm[11]、 25 mm[12]、30 mm[13]、35 mm[14]、38 mm[15]、 45 mm[16]、50 mm[17]、70 mm[18]、 200 mm、220 mm[19]、250 mm[20]及360 mm[21]大小的風扇。其高度(或是厚度)多半是10 mm、15 mm、25 mm或38 mm。
一般而言,方形外框,尺寸120 mm及140 mm的風扇主要是用在比較需要冷卻能力的場合,例如電競用電腦,或是為了噪音考量,風扇轉速較低的場合。較大型的風扇一般是冷卻機殼、有大型散熱片的CPU以及ATX電源供應器。方形外框,尺寸80 mm及92 mm的風扇是用在比較不需要冷卻能力的場合,或是無法使用較大風扇的應用。較小型的風扇一般是用來冷卻有小型散熱片的CPU、SFX電源供應器、顯卡、北橋晶片等。
風扇的外框尺寸和固定孔尺寸的關係大致如下:
風扇的轉速(單位為每分鐘轉速,RPM)以及風扇的靜壓決定了風扇的空氣流量。若應用環境不適合太大的噪音,尺寸較大,轉速較慢的風扇會比相同空氣流量,但尺寸較小,轉速較快的風扇要安靜。風扇的噪音大約和轉速的五次方根成正比,轉速降低一半,噪音可以減少15分貝[22]。較小尺寸軸流扇的最高轉速可以到23,000 rpm[23]。
風扇可以配合溫度感測器以及電路決定轉速,溫度不高時降低轉速,相較於固定轉速的風扇,可以控制轉速的風扇噪音較少、壽命較久、功耗也較少。風扇壽命一般是以最大轉速在固定環境溫度下運轉的結果為準。
也有些風扇有速度感測器,可以感測實際的風扇轉速,其他設備可以根據風扇轉速感測器判斷風扇是否正常運轉,在異常運轉時送出警告訊息。
若需要讓空氣在受限區域中流動(例如在散熱器或是散熱片的間隙中流動),高靜壓的風扇會比較有效率。若配合散熱片使用,散熱扇產生生的靜壓比空氣流量要重要的多。靜壓的重要程度和風流受到幾何限制的程度有關。若散熱片的鯺片之間的間隙變小,靜壓的重要性就會增加。靜壓的單位一般是mm Hg或mm H2O;空氣流量的單位是CFM(每分鐘幾立方英呎)。
風扇中使用的軸承會影響其性能以及噪音。散熱扇使用的軸承主要有以下幾種:
散熱扇常用的連接器有以下幾種:
Three-pin Molex connector PicoBlade family
有些應用因為噪音、可靠度或是環境因素,無法使用風扇,有一些其他的散熱方式。若只保留電源供應器將熱風排到機殼以外的虱扇,其他的風扇都不要,也有一些幫助[27]。
散熱系統可以設計只用被動冷卻來散熱,這樣可以減少噪音,以及易損壞的可動件,這些作法有:
其他冷卻方式有
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