从计算机图形卡中收集热电能量

在CES2015期间，知名的图形处理器单元（GPU）制造商推出了新的GPU。这些GPU需要复杂的散热管理，以保持处理器散热。与当今的先进技术相比，大多数GPU加速卡制造商都在开发使用原始热管理技术的新图形加速卡。我们大多数人都知道这种技术是作为风扇来管理这种不必要的热能的，如图形加速卡的图像所示：

工程师需要克服哪些障碍才能将这种浪费的热能转化为有用的电能？

以下是GPU卡的温度曲线。

参考文献：

• 运行于废气中的热电发电机
• 小型热电发电机
• 热电技术概述
• 通过自定义自动风扇速度设置来延长视频卡的使用寿命

可以回收热量，但不会带走太多热量。正如评论者中提到的那样，您的绝对最大值是卡诺效率。

这是理想的条件，您将永远无法达到这种效率。但是要找到我们的极限，我们还是要弄清楚它。只是室温，塔内温度可能会略高，但是我们会怀疑自己的利益，并在20C（293K）下选择一个不错的整数。将随着GPU的工作而变化（这通常是该设计的问题之一；您从冷却系统获得的功率将不一致，因为GPU温度随您对芯片的压力而变化）。我们不想将其运行得太热而损坏卡，这会破坏冷却系统的作用。$T_c$$T_h$

经过一番快速搜索（Google“ GPU工作温度”），您会看到大量论坛帖子，其中给出了许多不同的数字，我认为其中没有一个足以被引用，但是我正在汇总其数据以使根据自己的假设），在您开始造成严重损坏之前，大多数卡似乎都具有约100C的较高上限。但是，高温运行仍然会减少卡的寿命，从问题中的图片来看，这是一张不错的卡，我们为此付出了几分钱，并且我们希望将其保留尽可能长的时间。70C是拍摄的好地方，但80C（353K）仍可能相当安全，我们希望能找到最好的情况。有了这些数字，我们得到

这意味着，最大程度地，我们能做的最好的事情就是将卡上产生的热量的17％转化为电能，为塔中的某些东西供电。我们可以更改卡的温度，并且温度在60°C至100°C之间时，效率在12％至21％之间。无论如何，我们没有得到很多回报。

那是最大的效率。该站点出售热电发电机，该站点称，最先进的TEG的运行效率为8％。尽管这比我们以前得到的东西要好，但真正的问题是成本和实现。TEG并不便宜，而散热风扇则很便宜。基本的冷却系统也更容易安装。即使我们可以连接TEG来冷却卡，我们也必须找到可以用该电完成的工作，并且我们不希望将可变功率用于关键组件。塔灯和额外的风扇可能是我们使用的范围。

因此，要在那里回答您的实际问题，我相信我们可以找到各种创造性的方法来将热量转化为电能或机械功。使它“有用”是一个完全不同的故事。

特雷弗·阿奇博尔德（Trevor Archibald）给了您一个很好的答案，但我从您的评论中看到一个不同的答案可能会有用，因为您仍然认为使用正确的经济学方法可能是可行的。

不会的。问题是工程，而不是经济学。从经济角度来看，这肯定是一个坏主意；但是改变价格不会是一个好主意。这仍然是一个坏主意。让我解释。

低级热量

低品位热量是比室温高几个开尔文或几十开尔文的热量。

快速摆脱高温是游戏的名称

乔治·赫罗尔德（George Herold）在评论中指出了为什么在卡上收集能量不是一个好主意的原因：卡的热导率设计得很高。

在IT设备中，快速散热是特别重要的，因为IT设备的电气效率确实非常差。这意味着您投入的所有电力几乎都将直接转化为热量。理论上，翻转位所需的能量最少，而与存储位的媒体无关。高于该最小值的所有其余能量将立即转化为热量。为了保护设备，您需要尽快消​​除热量。

因此，该卡的设计旨在尽快消除热量。您所放置的任何物品（例如建议的能量收集设备）都会减慢热量散发卡的速度。这将提高卡的平衡温度。这样会从根本上缩短卡的寿命。无论电价如何，这种情况都会发生。

这与电价无关

如果电力价格足够高，这将使收集低等级的热量值得，这种想法是完全错误的。如果电如此有价值，那么首先需要提高卡的效率，从而减少废热：首先，在尝试回收低价值能源之前，减少高价值能源的消耗。那把我带到...

能量与火用

在大多数情况下，热量是废物。它几乎总是最不实用的能源形式。这就是卡诺效率极限告诉你的：要想利用低热量进行任何工作，就只能以非常低的效率进行。也就是说，几乎所有热量都将作为热量保留下来。

在利用热量和其他形式的能量进行工程设计时，建立直觉来区分能量（以焦耳为单位的事物）和火用（完成工作的事物）非常有用。能量的形式决定了能量可以完成多少工作。电力可以有效地完成大量工作-它具有很高的火用度。低品位的热量几乎无能为力-它的火用力非常低。

一旦产生了低级热量，您就已经处于热能（有用能量）的末端。几乎所有的能源使用都以低热量产生。这是几乎所有能量转换链的最终形式。而且，就宇宙尺度而言，它是（据我们所知）宇宙热死中每一个焦耳的最终形式。

低级热量是道路的尽头。如果您想在这些焦耳中做更多的工作，那么请在这些焦耳以低热量的形式完成之前完成工作。