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超能课堂(346)：环境温度和湿度会影响散热测试的温升吗？

在之前的文章《为什么我们要用温升来作为衡量散热器性能的指标？》中，我们解释了温升ΔT的概念与理论依据，其中提到一个关键假设——按照理想的线性热阻模型，当发热功率和热阻恒定时，温升ΔT与环境温度无关，是一个定值。但这终究是理论推导。实际使用中，环境温度从冬天的十几度到夏天的三十几度，温升真的能保持不变吗？而且湿度对散热有没有影响呢？为了回答这个问题，我们弄来了一台恒温恒湿箱，并把一台整机放到箱内进行测试来验证这个假设。测试平台与方法

测试平台

型号

英特尔NUC 13 Extreme

处理器

英特尔酷睿i9-13900K

GPU

华硕TUF Gaming GeForce RTX 3080 Ti OC

内存

16GB*2 DDR5-4800

存储

1TB M.2 NVMe PCIe 4.0 x4 SSD

电源

750W

操作系统

Microsoft Windows 11 64bit build 25H2

BIOS版本

SBRPL579.0068

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本次测试平台选用英特尔NUC 13 Extreme"猛禽峡谷"，它搭载酷睿i9-13900K处理器，默认的PL2=250W，PL1=150W，测试时长期保持PL1状态，显卡安装了华硕TUF Gaming RTX 3080 Ti OC，显卡的TGP为350W。CPU和GPU风扇均手动设为全速，以排除风扇曲线随温度变化带来的干扰。

机器以平躺姿态放置于恒温恒湿箱内，配合箱内"上进下排"的风道设计——NUC猛禽峡谷的顶部进风口朝上，与恒温箱上进风方向一致，确保进风气流顺畅。在NUC上方进风口处，我们对角放置了两个温湿度计，取平均值作为实际进风温湿度。

之所以要实测进风口温度而非直接采用箱体设定值，是因为恒温箱的温度探头在箱内顶部，而NUC 13 Extreme其实是会向三个方向排风的，除了左侧的主排风口外，上下方其实也会排风，而这些热风在撞到内壁后会有部分回流到NUC的进风口，这里的温度会与恒温箱自带测温点有2~3℃的差距。烤机方面，CPU使用AIDA64 FPU，GPU使用3DMark Speed Way压力测试，温度和功耗通过HWinfo记录。稳态判定标准为：等待恒温恒湿箱的温湿度曲线稳定后，清空HWinfo数据，继续烤机10分钟，记录这段时间的平均温度和功耗。湿度对散热的影响我们先来看看湿度对PC散热的影响，湿度其实对人体散热影响很大，都是30℃时30%的相对湿度和90%的相对湿度完全是两个感觉，但对设备来说又会怎么样呢。要验证这个问题的方法也很简单，将环境温度固定住，然后调节湿度就可以了。我们把温度设定为25℃，分别设置30%、60%、90%三个湿度档位进行烤机测试。

湿度对PC散热的影响 | 环境温度25℃

设置湿度

入风口湿度

CPU温度

GPU温度

CPU温升

GPU温升

30%

30.4%

79.1℃

64.0℃

51.5K

36.4K

60%

51.6%

79.5℃

64.8℃

51.7K

37.0K

90%

75.0%

79.4℃

64.3℃

51.7K

36.6K

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实际入风口温度是27.7±0.1℃，在三种湿度条件下，CPU烤机温度分别为79.1℃、79.5℃、79.4℃，波动仅0.4℃；GPU烤机温度分别为64.0℃、64.8℃、64.3℃，波动0.8℃。这些差异完全在传感器测量误差范围内，可以认定湿度对风冷散热没有显著影响。接下来我们来讲下物理原理：PC的散热依赖空气的对流来传导热量的，水蒸气确实会影响空气的体积热容，但影响相当小，30%相对湿度时空气的体积热容是1.1918ρ·cp，而90%相对湿度下则是1.1952ρ·cp，只增加了0.28%，影响微乎其微，所以大部分时候可以视作空气的热导率和比热容在常规湿度范围内几乎不随湿度变化。因此，在后续的温度梯度测试中，我们不再对湿度进行控制，专注分析环境温度的影响。环境温度与烤机温度的关系

我们将恒温箱设定温度从5℃逐步提升至35℃，每5℃一档，在7个温度点下分别进行CPU和GPU烤机测试。下表列出了各温度点的完整数据，计算温升用的温度均以进风口实测值为准。

环境温度对PC散热的影响

设定温度

入风口温度

CPU温度

CPU功率

GPU温度

GPU功率

CPU温升

GPU温升

5℃

8.2℃

60.0℃

150W

43.9℃

347.1W

51.8K

35.7K

10℃

12.7℃

64.3℃

150W

49.5℃

348.6W

51.6K

36.8K

15℃

18.0℃

69.5℃

150W

54.4℃

342.8W

51.5K

36.4K

20℃

22.8℃

74.1℃

150W

58.9℃

342.3W

51.3K

36.1K

25℃

27.5℃

78.9℃

150W

62.8℃

342.1W

51.4K

35.3K

30℃

32.3℃

84.1℃

150W

67.5℃

341.9W

51.8K

35.2K

35℃

37.5℃

89.2℃

150W

72.8℃

342.3W

51.7K

35.3K

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我们把CPU与GPU的烤机温度结合入风口温度绘制成了折线图，可以看出这基本就是两条直线，两颗芯片的温度与环境温度基本成线性关系：CPU方面，拟合方程为 T_cpu = 1.00 × T_环境 + 51.59，R² = 0.9997。斜率恰好为1，意味着CPU温度与环境温度完全等幅同步变化——每升高1℃，芯片温度也精确升高1℃。对应的温升ΔT在7个温度点下范围为51.30~51.80K，均值51.59K，标准差仅0.18K——温升几乎就是一条水平线。GPU方面，拟合方程为 T_gpu = 0.96 × T_环境 + 36.75，R² = 0.998，线性度同样极高。斜率0.96略低于1，对应的温升范围为35.2~36.8K，波动比CPU稍大。GPU波动更大的原因在于，它的功耗并非完全恒定，是一直在动态变化着的，GPU的Boost机制会随温度变化微调频率和功耗，功耗的差异直接导致了温升的轻微波动。由于CPU因为PL1锁死150W，功耗完全恒定，温升就几乎完美恒定,标准差仅0.18K。而GPU的功耗有约5~7W的浮动，温升的标准差就大了一些，为0.58K。测试结果表明功耗越恒定，温升就越恒定。全文总结经过这一轮从5℃到35℃的冰火两重天测试，以及湿度对照实验，我们终于可以给大家一个明确的定论了。首先，湿度对电脑散热基本没有影响。很多朋友觉得夏天闷热潮湿，自己喘不过气，电脑也会跟着。但实测数据告诉我们，在30%到90%的湿度跨度下，CPU和GPU的温度波动连1℃都不到。这是因为空气对流散热主要靠的是空气本身的比热容，而水蒸气含量的变化对空气吸热能力的影响仅有0.28%左右，完全可以忽略不计。第二点也是本次测试最核心的内容。无论环境是冷是热，芯片温度与环境温度之间都保持线性关系，环境每升高1℃，芯片温度也精准地升高1℃。这意味着散热器把热量搬运出去的能力是非常稳定的，并不会因为天气热了就罢工或效率降低。这也是为什么我们一直强调用“温升”而不是“绝对温度”来评价散热器。如果只看绝对温度，同一款散热器，夏天测出来89℃，冬天测出来59℃，差了30℃，但实际上两者的温升都是52K左右，散热器还是那个散热器，它的解热能力没有任何变化。只有剥离了环境温度的干扰，我们才能公平、客观地衡量一个散热器真实的解热能力。回到我们最初的问题：温升真的与环境温度无关吗？答案是肯定的。功耗恒定时，温升就是一个定值，与环境温度无关。这不仅是一个理论假设，更是被实测数据反复验证的事实。温升，是评价散热器性能时那个最公平、最能剥掉环境干扰的标尺。

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