Kérdés:
Termoelektromos energia betakarítása számítógépes grafikus kártyákról
Mahendra Gunawardena
2015-01-30 17:47:07 UTC
view on stackexchange narkive permalink

A CES2015 során egy jól ismert grafikus processzor (GPU) gyártója új GPU-t mutatott be. Ezeknek a GPU-knak összetett hőkezelésre van szükségük ahhoz, hogy a processzor hűvös maradjon. A legtöbb GPU gyorsító kártyagyártó új grafikus gyorsító kártyákat fejleszt, amelyek primitív hőkezelési technológiát alkalmaznak a mai fejlett technológiákhoz képest. Legtöbben rajongóként ismerjük ezt a technológiát, amely kezeli ezt a nem kívánt hőenergiát, amint ez a grafikus gyorsító kártya képén látható:

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

Milyen akadályokat jelentenek a mérnökök le kell győzni, hogy ezt a pazarló hőenergiát hasznos elektromos energiává alakítsa?

Az alábbiakban bemutatjuk a GPU-kártya hőmérsékleti profilját.

GPU Temperature Profile


Hivatkozások:

Ezek hőtermelése meglehetősen változó, könnyebb lenne a folyadékhűtést használni és a radiátort lábhősként használni.
Először mérje meg a kártya hőmérsékletét, és számítsa ki a Carnot hatékonysági határt.
@EnergyNumbers, Nem vagyok ÉN. Így nincs sok tapasztalatom az ismeretek termodinamikájáról. De sok energiát látok, amely összegyűjthető és visszavezethető a rendszerbe
Ez a megközelítés hibásnak tűnik. Az elpazarolt energiát hővé kívánja venni egy folyamatban, és vissza kell alakítania hasznos energiává. Jobb megközelítés az első folyamat hatékonyabbá tétele, hogy ne termeljen annyi hőt.
@EnergyNumbers. Nem vagyok ÉN, de sok olyan hőenergiát látok, amely átalakítható villamos energiává és visszajuttatható a rendszerbe. A termoelektromos technológia példáit és növekedését tekintve kíváncsi vagyok, miért nem lehet ezt megtenni
@MahendraGunawardena Megértem, hogy kíváncsi vagy, miért nem lehet ezt megtenni. Próbálok segíteni megérteni. Tehát mérje meg a kártya hőmérsékletét. Ezután számítsa ki a Carnot hatékonysági határt. Ezután adja hozzá ezt az információt a kérdéséhez.
@EnergyNumbers: Köszönöm u 4 visszajelzést. Trevor Archibald példája alapján az energia 17% -a visszanyerhető. Ha az energiát visszaalakítjuk elektromos energiává, és az energiát egy energiatárolóban tároljuk, mint a szuper kondenzátor. Az elektronikus kapcsoló áramforrása a szuper kondenzátorra újrafelhasználja a tárolt energiát és visszakapcsol a fő áramforrásra. Megértem gazdaságilag, ez jelenleg praktikus lehet. Ha a kőolaj hordónkénti ára 120 dollár, akkor a Toyota Prius vonzó lehetőség. Amikor a kőolaj ára 25 dollár hordó, a Toyota Prius már nem vonzó
@ChrisMueller, Teljes mértékben egyetértek Önnel abban, hogy a kártyát hatékonyabbá kell tenni. Ha a processzort alacsonyabb frekvencián állítják be, akkor a rendszer kevesebb hőt termel, de a GPU alacsony teljesítményű lesz. A fogyasztók nagyobb áteresztőképességet igényelnek, így a processzort nagyobb frekvencián ütemezik. GPU fogyasztói kereslet szempontjából a fogyasztó továbbra is többet követel, így nagyobb szükség lesz a hőkezelésre.
Szerintem ez a kérdés túl tág. Számos lehetséges módszer létezik, és egyesek hozhatnak valamit, mások pedig semmit. De egyetlen válasz sem nevezi meg mindet. Tehát hogyan lehet rájuk szavazni? És mit jelent a szavazás. Gondolom, a veremcserék nem alkalmasak ilyen általános (de nagyon érdekes) témákra.
Kettő válaszokat:
Trevor Archibald
2015-01-30 21:03:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Van olyan hő, amelyet vissza lehet szerezni, de sokat nem fogsz elvenni belőle. Ahogy az egyik hozzászóló említette, az Ön maximális értéke a Carnot-hatékonyság.

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

Ez egy idealizált állapot, soha nem fogja elérni ezt a hatékonyságot. De hogy megtaláljuk a határunkat, mindenképp találjuk ki. A $ T_c $ csak szobahőmérsékletű lesz, lehet, hogy kissé melegebb lesz a torony belsejében, de megadjuk magunknak a kétséget, és kiválogatunk egy szép kerek számot 20C-on (293K). A $ T_h $ változni fog, mivel a GPU erősebben dolgozik (ez általában az egyik kérdés ebben a konstrukcióban; a hűtőrendszerből származó energia nem lesz következetes, mert a GPU hőmérséklete attól függően változik, hogy mennyire terheli a chipet) .) Nem akarjuk túl forrón futtatni és károsítani a kártyát, ami ellentétes a hűtőrendszer céljával.

Némi gyors keresés után (a Google "GPU működési hőmérséklete" után egy csomó fórumbejegyzés jelenik meg, amelyek rengeteg különböző számot adnak meg, amelyek egyikét sem gondolom elég erősnek idézni, de én Összegyűjtve az adataimat, hogy saját feltételezésem legyen) úgy tűnik, hogy a legtöbb kártya felső határértéke ~ 100 ° C, mielőtt komoly károkat kezdene. Azonban ha ilyen forrón fut, akkor is lerövidül a kártya élettartama, és a kérdésben szereplő kép alapján ítélve ez egy szép kártya, amelyért elég fillért fizettünk, és szeretnénk megtartani, amíg csak lehet . A 70C jó hely a forgatásra, de a 80C (353K) valószínűleg még mindig elég biztonságos, és mi a lehető legjobb esetünket szeretnénk. Ezekkel a számokkal

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

Ez azt jelenti, hogy , a legjobb, amit tehetünk, hogy a kártyán termelt hő 17% -át visszajuttatjuk villamos energiává, hogy valamit működtessünk a toronyban. Változtathatjuk a kártya hőmérsékletét, és mivel 60C és 100C között mozog, a hatékonyság 12% és 21% között mozog. Ettől függetlenül nem kapunk sokat vissza.

Ez azonban a maximális hatékonyság. Ez a webhely, amely termoelektromos generátorokat árul, azt állítja, hogy a TEG-ek felső sora 8% -os hatékonysággal fog működni. Bár ez jobb, mint a semmi, amit korábban kaptunk, az igazi kérdés itt a költség és a megvalósítás. A TEG-ek nem olcsók, a hűtőventilátorok pedig igen. Az alap hűtőrendszer telepítése is sokkal könnyebb. Még akkor is, ha csatlakoztathatunk egy TEG-t a kártya hűtéséhez, meg kell találnunk valamit, amit tehetünk ezzel az elektromossággal, és nem akarjuk, hogy a változó teljesítményt kritikus alkatrészekhez használják. A toronyfények és az extra ventilátorok valószínűleg a használatunk mértékét jelentik.

Tehát, hogy megválaszoljam a tényleges kérdését, biztos vagyok benne, hogy mindenféle kreatív módot találunk arra, hogy ezt a hőt elektromos vagy mechanikus munkává alakítsuk. A "hasznossá" tétel teljesen más történet.

Szórakoztató esettanulmány Klaus Lackner professzor jóvoltából: kép a PC-t a Nemzetközi Űrállomáson, amelyet a PC hűtőbordáihoz rögzített Carnot hőmotorral kiegészített akkumulátor működtet, ahol a hideg tartály tér. Ezután számítsa ki a szükséges nettó tápegységet ...
Kedves válasz (+1), a másik probléma az, hogy ha TEC-t helyezünk a hőútba, akkor magasabb lesz a hővezető képessége, vagyis a hűtés elsődleges feladata nehezebb. Valahogy hasonló ahhoz, mintha szélmalmot ragasztana az autó tetejére, hogy áramot termeljen az autó mozgásából.
@Trevor Archibald: Köszönjük a technikai magyarázatot. Amit olvasok, az energia-betakarítás lehetséges, de a jelenlegi közgazdaságtan alapján monitor szempontból nem praktikus. Hasonló a napelemekhez és a Toyota priushoz. Adjon adókedvezményt a napelemek értékesítéséhez, és a Toyota prius emelkedni fog. Elektrotechnikai szempontból, ha 17% energiát lehet kinyerni, akkor ezt az energiát egy energiatárolóban, például egy vacsora kondenzátorban tárolhatjuk, majd szakaszosan újra felhasználhatjuk a rendszerben valamilyen típusú kapcsoló mechanizmus segítségével.
410 gone
2015-01-31 08:45:30 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Trevor Archibald nagyon jó választ adott Önnek, de megjegyzéseiből úgy látom, hogy egy eltérő válasz hasznos lehet, mivel Ön még mindig úgy gondolja, hogy ez megfelelő közgazdaságtan mellett életképes lehet.

Nem lenne lenni. A kérdés a mérnöki tudomány, nem a közgazdaságtan. Gazdasági szempontból minden bizonnyal rossz ötlet; de az árak megváltoztatása nem lesz jó ötlet. Még mindig rossz ötlet lenne. Engedje meg, hogy elmagyarázzam.

alacsony fokú hő

Az alacsony fokú hő olyan hő, amely néhány Kelvin vagy tíz Kelvin több mint a szobahőmérséklet.

megszabadulni a hő hőmérséklete gyorsan a játék neve

George Herold egy megjegyzésében rámutat arra, hogy miért lenne rossz ötlet a kártyán történő energiagyűjtés: a kártya hővezető képessége megtervezett hogy magas legyen.

A hőtől való gyors megszabadulás különösen fontos az informatikai berendezéseknél, ahol a berendezések elektromos hatékonysága valóban elképesztően gyenge. Ez azt jelenti, hogy az Ön által leadott villamos energiából szinte az egész egyenesen hővé válik. Van egy elméleti minimális energiamennyiség, amely a bit megfordításához szükséges, függetlenül attól, hogy milyen közegen tárolják a bitet. Az összes többi energia, amely meghaladja ezt a minimumot, azonnal hővé válik. A berendezés védelme érdekében a lehető leghamarabb meg kell szabadulnia ettől a hőtől.

Tehát a kártyát úgy tervezték, hogy a lehető leggyorsabban megszabaduljon a hőtől. Bármi, amit útba ejt, például a javasolt energiagyűjtő eszköz, lassítja a kártya távozásának sebességét. Ez megemeli a kártya egyensúlyi hőmérsékletét. És ez radikálisan lerövidíti a kártya élettartamát. Ez a villamos energia árától függetlenül fog megtörténni.

ez nem a villamos energia áráról szól

És ez az elképzelés, miszerint, ha az áram ára elég magas lenne, akkor az alacsony minőségű hő kitermelését megtérítené, egyszerűen téves. Ha az áram ennyire értékes, akkor elsősorban a kártyát érdemes hatékonyabbá tenni, hogy kevesebb hulladékhő keletkezzen: először csökkentse a nagy értékű energia fogyasztását, mielőtt megpróbálná újrafeldolgozni az alacsony értékű energiát. És ez eljutott ...

energia versus exergia

A hő az esetek nagy részében hulladéktermék. Szinte mindig ez a legkevésbé hasznos energiaforma. A Carnot hatékonysági határa valóban ezt mondja el neked: hogy bármilyen munkát alacsony fokú hőhöz lehessen hozni, ezt csak nagyon alacsony hatásfokkal lehet megtenni; vagyis szinte az összes hő hőnek marad. (a joule-ban mért dolog) és az exergia (a dolog, ami elvégzi a munkát). Az energia formája határozza meg, hogy mennyi munkát tud elvégezni. A villamos energia hatalmas mennyiségű munkát képes hatékonyan elvégezni - nagyon magas az exergiája. Az alacsony minőségű hő nagyon kevés munkát képes elvégezni - nagyon alacsony az exergiája.

Miután létrehozta az alacsony minőségű hőt, máris az exergia (hasznos energia) sorának végén áll. Az energia szinte minden felhasználása alacsony minőségű hőhatással jár. Nagyjából minden energiaátalakítási lánc végső formája. És a kozmikus skálán ez (amennyire meg tudjuk mondani) minden egyes joule végső formája az univerzum hőhalálában.

Alacsony minőségű hőség az út vége. Ha több munkát szeretne ezekből a joule-okból, akkor végezze el a munkát mielőtt ezek a joule-ok alacsony fokú hő formájában vannak.

Teljesen. Az alacsony minőségű hőnek nagyjából egy felhasználása van, és ez melegít valamit, amíg a fűteni kívánt dolog pontosan ott van, ahol a gyenge minőségű hő már megtalálható, vagy elérhető egy nagyon egyszerű ventilátorral és rövid vezetékkel.


Ezt a kérdést és választ automatikusan lefordították angol nyelvről.Az eredeti tartalom elérhető a stackexchange oldalon, amelyet köszönünk az cc by-sa 3.0 licencért, amely alatt terjesztik.
Loading...