在CES2015期間,知名的圖形處理器單元(GPU)製造商推出了新的GPU。這些GPU需要復雜的散熱管理,以保持處理器散熱。與當今的先進技術相比,大多數GPU加速卡製造商都在開發使用原始熱管理技術的新圖形加速卡。正如圖形加速卡的這張圖片所示,我們大多數人都將這種技術稱為風扇來管理這些多餘的熱能:
工程師面臨哪些障礙需要克服這些浪費的熱能轉化為有用的電能嗎?
下面是GPU卡的溫度曲線。
參考文獻:
在CES2015期間,知名的圖形處理器單元(GPU)製造商推出了新的GPU。這些GPU需要復雜的散熱管理,以保持處理器散熱。與當今的先進技術相比,大多數GPU加速卡製造商都在開發使用原始熱管理技術的新圖形加速卡。正如圖形加速卡的這張圖片所示,我們大多數人都將這種技術稱為風扇來管理這些多餘的熱能:
工程師面臨哪些障礙需要克服這些浪費的熱能轉化為有用的電能嗎?
下面是GPU卡的溫度曲線。
參考文獻:
可以吸收熱量,但不會帶走很多熱量。正如評論者中提到的那樣,您的絕對最大值是卡諾效率。
$$ \ eta_ {Carnot} = 1- \ frac {T_c} {T_h} $$
這是理想的條件,您將永遠無法達到這種效率。但是要找到我們的極限,我們還是要弄清楚它。 $ T_c $只是室溫,塔內溫度可能會略高一些,但我們會給自己帶來疑問的好處,並在20C(293K)下選擇一個不錯的整數。 $ T_h $將隨著GPU的工作而變化(這通常是此設計的問題之一;您從冷卻系統獲得的功率將不一致,因為GPU溫度隨您對芯片的壓力而變化) 。)我們不想將其運行得太熱而損壞卡,而這違反了冷卻系統的目的。
在進行了一些快速搜索(Google“ GPU工作溫度”後,您會看到很多論壇帖子,其中給出了許多不同的數字,我認為這些強度都不足以引用,但是我m匯總其數據以作我自己的假設),在您開始造成嚴重損壞之前,大多數卡似乎都具有約100C的強上限。但是,高溫運行仍然會減少卡的壽命,從問題中的圖片來看,這是一張不錯的卡,為此我們付出了幾分錢,我們希望將其保存在盡可能長的時間內。 70C是拍攝的好地方,但80C(353K)仍然可能非常安全,我們希望能找到最好的情況。有了這些數字,我們得到
$$ \ eta_ {Carnot} = 1- \ frac {293K} {353K} = 0.17 $$
這意味著,最大,我們能做的最好的事情就是將卡上產生的熱量的17%轉化為電力為塔中的東西供電。我們可以更改卡的溫度,並且溫度在60℃至100℃之間時,效率在12%至21%之間。無論如何,我們沒有得到很多回報。
這是最大效率。 該站點(出售熱電發電機)說,頂級TEG的運行效率為8%。儘管這比我們以前得到的東西要好,但真正的問題是成本和實現。 TEG並不便宜,而散熱風扇則很便宜。基本的冷卻系統也更容易安裝。即使我們可以連接TEG來冷卻卡,我們也必須找到可以用該電完成的工作,並且我們不希望將可變功率用於關鍵組件。塔燈和額外的風扇可能是我們使用的範圍。
因此,在那里肯定回答您的實際問題,我相信我們可以找到各種創造性的方法來將熱量轉換為電氣或機械功。使它“有用”是一個完全不同的故事。
特雷弗·阿奇博爾德(Trevor Archibald)給了您一個非常好的答案,但是我從您的評論中看到一個不同的答案可能會有用,因為您仍然認為使用正確的經濟學方法可能是可行的。
是。問題是工程,而不是經濟。從經濟角度來看,這肯定是一個壞主意;但是改變價格不會是一個好主意。這仍然是一個壞主意。讓我解釋一下。
低級熱量是指比室溫高幾個開爾文或幾十開爾文的熱量。
George Herold在您的評論中指出了為什麼卡上的能量收集會是個壞主意的原因:卡的導熱係數是設計的。
在IT設備中,快速散熱是非常重要的,因為IT設備的電氣效率確實非常差。這意味著您投入的電力幾乎全部都將直接轉化為熱量。理論上,翻轉位所需的能量最少,而與存儲位的媒體無關。高於該最小值的所有其餘能量將立即轉化為熱量。為了保護設備,您需要盡可能快地消除熱量。
因此,此卡的設計旨在盡可能快地消除熱量。放置的任何物品(例如建議的能量收集設備)都會減慢熱量散發卡的速度。這將提高卡的平衡溫度。這樣會從根本上縮短卡的壽命。無論電價如何,這種情況都會發生。
這樣的想法是錯誤的,那就是,如果電價足夠高,那麼就可以收穫低等級的熱量。如果電如此有價值,那麼首先需要提高卡的效率,從而減少廢熱:首先,在嘗試回收低價值能源之前,減少高價值能源的消耗。這使我產生了...能量與火用
在大多數情況下,熱量是一種廢物。它幾乎總是最不實用的能源形式。這就是卡諾效率極限告訴你的:要想從低熱量中獲取任何工作,就只能以非常低的效率進行。也就是說,幾乎所有熱量都將以熱量形式保留。
使用熱量和其他形式的能量進行工程設計時,建立直覺來區分能源非常有用。 (以焦耳為單位的事物)和火力發電廠(完成工作的事物)。能量的形式決定了能量可以完成多少工作。電力可以有效地完成大量工作-它具有很高的火用度。低品位的熱量幾乎無能為力,它的火用率非常低。
一旦產生了低品位的熱量,您就已經處於火用力末端(有用能量)。幾乎所有的能源使用都以低熱量產生。這是幾乎所有能量轉換鏈的最終形式。而且,就宇宙尺度而言,它是(據我們所知)在宇宙熱死中每一個焦耳的最終形式。
低度熱量是路的盡頭。如果您想在這些焦耳中做更多的工作,請在這些焦耳以低熱量的形式之前完成。