Kysymys:
Lämpösähköisen energian kerääminen tietokoneen näytönohjaimilta
Mahendra Gunawardena
2015-01-30 17:47:07 UTC
view on stackexchange narkive permalink

CES2015: n aikana tunnettu grafiikkasuoritinyksikön (GPU) valmistaja esitteli uuden näytönohjaimen. Nämä näytönohjaimet tarvitsevat monimutkaisen lämmönhallinnan, jotta prosessori pysyy viileänä. Useimmat GPU-kiihdytinkorttien valmistajat kehittävät uusia grafiikkakiihdytinkortteja, joissa käytetään primitiivistä lämpöhallintatekniikkaa verrattuna nykypäivän edistyneisiin tekniikoihin. Suurin osa meistä tuntee tämän tekniikan faneina, jotka hallitsevat tätä ei-toivottua lämpöenergiaa, kuten tässä grafiikkakiihdytinkortin kuvassa näkyy:

Inno3D-iChill-GeForce-GTX-980-HerculeZ-x4_1

Mitä esteitä insinöörit tekevät täytyy voittaa muuntamalla tämä tuhlaava lämpöenergia hyödylliseksi sähköenergiaksi?

Alla on GPU-kortin lämpötilaprofiili.

GPU Temperature Profile


Viitteet:

Niiden lämmöntuotanto on melko vaihteleva, helpompaa olisi käyttää nestejäähdytystä ja käyttää patteria jalkakytkimenä.
Mittaa ensin kortin lämpötila ja laske Carnotin hyötysuhde.
@EnergyNumbers, En ole minä. Minulla ei siis ole paljon kokemusta tiedon termodynamiikasta. Mutta näen paljon energiaa, joka voidaan kerätä ja syöttää takaisin järjestelmään
Tämä lähestymistapa näyttää virheelliseltä. Haluat ottaa hukkaan menneen lämmön yhdessä prosessissa ja muuttaa sen takaisin hyödylliseksi energiaksi. Parempi lähestymistapa on tehdä ensimmäisestä prosessista tehokkaampi, jotta ei synny niin paljon lämpöä.
@EnergyNumbers. En ole minä, mutta näen paljon lämpöenergiaa, joka voidaan muuntaa sähköksi ja syöttää takaisin järjestelmään. Kun tarkastellaan esimerkkejä ja lämpösähkötekniikan kasvua, ihmettelen, miksi sitä ei voida tehdä
@MahendraGunawardena Ymmärrän, että ihmettelet, miksi tätä ei voida tehdä. Yritän auttaa sinua ymmärtämään. Mittaa siis kortin lämpötila. Laske sitten Carnotin hyötysuhde. Lisää sitten nämä tiedot kysymykseesi.
@EnergyNumbers: Kiitos 4 palautetta. Trevor Archibaldin esimerkin perusteella 17% energiasta voidaan kerätä takaisin. Jos muunnamme energian takaisin sähköenergiaksi ja varastoimme sen energiasäiliöön kuin superkondensaattori. Elektronisesti kytketty virtalähde superkondensaattoriin käyttää uudelleen varastoitua energiaa ja siirtyy takaisin päävirtalähteeseen. Ymmärrän taloudellisesti, että tämä voi olla tällä hetkellä käytännöllistä. Kun raakaöljyn hinta tynnyriltä on 120 dollaria, Toyota Prius on houkutteleva vaihtoehto. Kun raakaöljyn hinta on 25 dollaria barrelilta, Toyota Prius ei ole enää houkutteleva
@ChrisMueller, Olen täysin samaa mieltä kanssasi siitä, että kortista tulisi tehdä tehokas. Jos prosessoria kellotetaan pienemmällä taajuudella, järjestelmä tuottaa vähemmän lämpöä, mutta GPU: n suorituskyky on pieni. Kuluttajat vaativat suurempaa suorituskykyä, joten prosessori kellotetaan suuremmalla taajuudella. GPU: n kuluttajakysynnän näkökulmasta kuluttaja kysyy jatkuvasti enemmän, joten lämmönhallintaa tarvitaan enemmän.
Mielestäni tämä kysymys on liian laaja. Mahdollisia tapoja on biljoonia, ja jotkut saattavat tuoda jotain ja toiset mitään. Mutta mikään vastaus ei nimeä niitä kaikkia. Joten miten yksi äänestää heistä? Ja mitä äänestys tarkoittaa. Luulen, että pinonvaihdot eivät sovi hyvin tällaisiin yleisiin (mutta erittäin mielenkiintoisiin) aiheisiin.
Kaksi vastused:
#1
+14
Trevor Archibald
2015-01-30 21:03:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

On lämpöä, joka voidaan ottaa takaisin, mutta et pääse siitä paljon pois. Kuten yksi kommentoijista on maininnut, ehdoton maksimisi on Carnot-tehokkuus.

$$\eta_{Carnot}=1-\frac{T_c}{T_h}$$

Tämä on idealisoitu tila, et koskaan saavuta tätä tehokkuutta. Mutta löytääksemme rajan, selvitämme sen joka tapauksessa. $ T_c $ on vain huoneenlämpöinen, tornin sisällä saattaa olla hieman lämpimämpää, mutta annamme itsellemme epäilyn edun ja valitsemme mukavan pyöreän numeron 20C (293K). $ T_h $ vaihtelee, kun GPU toimii kovemmin (tämä on yksi tämän suunnittelun aiheista yleensä; jäähdytysjärjestelmästä saamasi teho ei ole johdonmukainen, koska GPU: n lämpötila vaihtelee sen mukaan, kuinka paljon jännität sirua .) Emme halua käyttää sitä liian kuumana ja vahingoittaa korttia, mikä on vastoin jäähdytysjärjestelmän tarkoitusta.

Nopean haun jälkeen (Google "GPU: n käyttölämpötilat" näet joukon foorumiviestejä, jotka antavat paljon erilaisia ​​numeroita, joista mikään ei mielestäni ole riittävän vahva mainitsemaan, mutta minä m yhdistää tietonsa oman oletuksen tekemiseksi) näyttää siltä, ​​että useimmilla korteilla on vahva yläraja ~ 100 ° C, ennen kuin aloitat vakavan vahingon. Kuumana pitäminen vähentää kuitenkin korttisi ikää, ja kysymyksessä olevan kuvan perusteella tämä on mukava kortti, josta olemme maksaneet melkoisen pennin, ja haluamme pitää sen ympärillä niin kauan kuin pystymme . 70C on hyvä paikka ampua, mutta 80C (353K) on silti todennäköisesti melko turvallinen, ja haluamme parhaan mahdollisen tapauksemme. Näiden numeroiden avulla saamme

$$ \ eta_ {Carnot} = 1- \ frac {293K} {353K} = 0,17 $$

Tämä tarkoittaa, että suurin piirtein , paras mitä voimme tehdä, on saada 17% kortilla tuottamastamme lämmöstä takaisin sähkönä tornin jotain virran saamiseksi. Voimme vaihdella kortin lämpötilaa, ja kun se menee välillä 60C - 100C, hyötysuhde on välillä 12% ja 21%. Riippumatta siitä, emme saa paljon takaisin.

Se on kuitenkin suurin hyötysuhde. Tämä sivusto, joka myy lämpösähkögeneraattoreita, sanoo, että TEG-sarjan huippuluokan tehokkuus on 8%. Vaikka tämä on parempi kuin mikään, mitä olisimme saaneet aiemmin, todellinen asia tässä on kustannukset ja toteutus. TEG: t eivät ole halpoja, ja tuulettimet ovat. Perusjäähdytysjärjestelmä on myös paljon helpompi asentaa. Vaikka voimme liittää TEG-kortin jäähdyttämään korttia, meidän on löydettävä jotain, mitä voimme tehdä sähkön kanssa, emmekä halua, että muuttuvaa tehoa käytetään kriittisiin komponentteihin. Tornivalot ja ylimääräiset tuulettimet ovat todennäköisesti käytön laajuutta.

Joten vastaamaan todelliseen kysymykseesi siellä, olen varma, että löydämme kaikenlaisia ​​luovia tapoja saada lämpö muunnetuksi sähköiseksi tai mekaaniseksi työksi. Sen tekeminen "hyödylliseksi" on täysin erilainen tarina.

Hauska tapaustutkimus professori Klaus Lacknerin ystävällisellä tavalla: kuva tietokone kansainvälisessä avaruusasemalla, jonka virtalähteenä on akku, johon on lisätty Carnot-lämpömoottori, joka on kiinnitetty tietokoneen jäähdytyselementteihin, jossa kylmäsäiliö on tilaa. Ja sitten laske tarvittava nettovirtalähde ...
Hieno vastaus (+1), toinen ongelma on se, että asettamalla TEC lämpötielle lisää lämmönjohtavuutta, mikä tarkoittaa, että ensisijainen jäähdytystyö on vaikeampi. Tavallaan samanlainen kuin tuulimyllyn kiinnittäminen auton päälle tuottaa sähköä auton liikkeestä.
@Trevor Archibald: Kiitos teknisestä selityksestä. Luen, että energiankorjuu on mahdollista, mutta nykyisen taloustieteen perusteella se ei ole monitorin kannalta käytännöllistä. Samanlainen kuin aurinkopaneelit ja Toyota prius. Anna verokannustin aurinkopaneelien myynnille, ja Toyota prius nousee. Sähkötekniikan näkökulmasta, jos 17% energiasta voidaan kerätä, tämä energia voidaan varastoida energiasäiliöön, kuten ehto kondensaattoriin, ja käyttää sitten uudelleen järjestelmään vaiheittain käyttämällä jonkin tyyppistä virtakytkinmekanismia.
#2
+12
410 gone
2015-01-31 08:45:30 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Trevor Archibald on antanut sinulle todella hyvän vastauksen, mutta kommenteistasi näen, että erilainen vastaus voi olla hyödyllinen, koska uskot silti, että tämä voi olla kannattavaa oikean taloustieteen kanssa.

Se ei olla. Asia on tekniikka, ei taloustiede. Se on huono idea taloudellisesta näkökulmasta; mutta hintojen muuttaminen ei tee siitä hyvää ideaa. Se olisi silti huono idea. Sallikaa minun selittää.

huonolaatuinen lämpö

Huonolaatuinen lämpö on lämpöä, joka on muutama kelviniä tai kymmeniä kelvinejä huoneenlämpötilaa korkeampi.

päästä eroon lämpö nopeasti on pelin nimi

George Herold huomauttaa kommentissasi yhden syyn, miksi kortin energian kerääminen olisi huono idea: kortin lämmönjohtavuus on suunniteltu korkealle.

Nopea eroon pääseminen on erityisen tärkeää IT-laitteissa, joissa laitteiden sähköinen hyötysuhde on todella hämmästyttävän huono. Ja se tarkoittaa, että käyttämästäsi sähköstä melkein kaikki muuttuu suoraan lämmöksi. Bitumin kääntämiseen tarvitaan teoreettinen vähimmäismäärä energiaa riippumatta väliaineesta, johon bitti on tallennettu. Kaikki muu tämän minimin yläpuolelle asetettu energia muuttuu heti lämmöksi. Laitteiden suojaamiseksi sinun on päästävä eroon lämmöstä mahdollisimman nopeasti.

Joten kortti on suunniteltu poistamaan lämpö mahdollisimman nopeasti. Kaikki tielle asettamasi asiat, kuten ehdotettu energiankorjuulaitteesi, hidastavat nopeutta, jolla lämpö lähtee kortista. Se nostaa kortin tasapainolämpötilaa. Ja se lyhentää radikaalisti kortin käyttöikää. Se tapahtuu sähkön hinnasta riippumatta.

Kyse ei ole sähkön hinnasta

Ja ajatus siitä, että jos sähkön hinta olisi riittävän korkea, se tekisi huonolaatuisen lämmön keräämisen kannattavaksi, on yksinkertaisesti väärä. Jos sähkö on niin arvokasta, kannattaa tehdä kortista ensinnäkin tehokkaampi, jotta hukkalämpöä olisi vähemmän: vähennä ensin arvokkaan energian kulutusta ennen kuin yrität kierrättää vähäarvoista energiaa. Ja se vie minut ...

energia vs. eksergia

Lämpö on suuressa osassa jätettä. Se on melkein aina vähiten hyödyllinen energiamuoto. Carnotin tehokkuusraja kertoo sinulle oikeastaan: että saadaksesi kaiken työn pois huonolaatuisesta lämmöstä, voit tehdä sen vain hyvin matalalla hyötysuhteella; eli melkein koko lämpö pysyy lämpönä.

Suunniteltaessa lämpöä ja muita energiamuotoja on erittäin hyödyllistä rakentaa intuitio erottaakseen energia (asia mitattuna jouleina) ja eksergia (asia, joka saa työn aikaan). Muoto, jossa energia on, määrää kuinka paljon työtä se voi tehdä. Sähkö voi tehdä valtavia määriä työtä tehokkaasti - sillä on erittäin suuri allergia. Huonolaatuinen lämpö voi tehdä hyvin vähän työtä - sillä on erittäin vähän exergiaa.

Kun olet luonut heikkolaatuista lämpöä, olet jo eksergian (hyödyllinen energia) rivillä. Lähes kaikki energiankäytöt päätyvät huonolaatuiseen lämpöön. Se on viimeinen muoto melkein jokaiselle energianmuunnosketjulle. Ja kosmisessa mittakaavassa se on (sikäli kuin voimme sanoa) lopullisen muodon jokaiselle joulelle maailmankaikkeuden lämpökuolemassa.

Huonolaatuinen lämpö on tien loppu. Jos haluat enemmän töitä noista jouleista, tee sitten työ valmiiksi ennen nämä joulet ovat heikkolaatuista.

Ehdottomasti. Huonolaatuisella lämmöllä on melkein yksi käyttö, ja se lämmittää jotain, niin kauan, mitä haluat lämmittää, on juuri siellä, missä heikkolaatuinen lämpö jo on, tai se voidaan saavuttaa hyvin yksinkertaisella tuulettimella ja lyhyellä kanavalla.


Tämä Q & A käännettiin automaattisesti englanniksi.Alkuperäinen sisältö on saatavilla stackexchange-palvelussa, jota kiitämme cc by-sa 3.0-lisenssistä, jolla sitä jaetaan.
Loading...