Küsimus:
Termoelektrilise energia kogumine arvutigraafikakaartidelt
Mahendra Gunawardena
2015-01-30 17:47:07 UTC
view on stackexchange narkive permalink

CES2015 ajal tutvustas hästi tuntud graafikaprotsessorite (GPU) tootja uut GPU-d. Need graafikaprotsessorid vajavad protsessori jahedana hoidmiseks keerukat termilist juhtimist. Enamik GPU kiirendikaartide tootjaid töötavad välja uued graafikakiirenduskaardid, mis kasutavad tänapäevaste kõrgtehnoloogiatega võrreldes primitiivset termokäitlustehnoloogiat. Enamik meist tunnevad seda tehnoloogiat fännidena, kes haldavad seda soovimatut soojusenergiat, nagu on näha graafikakiirendi kaardi pildil:

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

Milliseid tõkkeid teevad insenerid kas peate selle raiskava soojusenergia muundamiseks kasulikuks elektrienergiaks üle saama?

Allpool on GPU-kaardi temperatuuriprofiil.

GPU Temperature Profile


Viited:

Nende soojuse tekitamine on üsna varieeruv, lihtsam oleks kasutada vedeljahutust ja kasutada radiaatorit jalgade soojendajana.
Kõigepealt mõõdetakse kaardi temperatuur ja arvutatakse Carnoti efektiivsuse piir.
@EnergyNumbers, ma ei ole MINA. Seega pole mul palju teadmiste termodünaamika kogemusi. Kuid ma näen palju energiat, mida saab koristada ja süsteemi tagasi viia
Selline lähenemine näib olevat vigane. Sa tahad raisatud energiat võtta ühe protsessina soojuseks ja muundada see tagasi kasulikuks energiaks. Parem lähenemisviis on muuta esimene protsess tõhusamaks, et mitte nii palju soojust toota.
@EnergyNumbers. Ma ei ole MINA, kuid näen palju soojusenergiat, mida saab muundada elektriks ja süsteemi tagasi viia. Termoelektrilise tehnoloogia näiteid ja kasvu vaadates mõtlen, miks seda ei saa teha
@MahendraGunawardena Saan aru, et te ei tea, miks seda teha ei saa. Püüan aidata teil mõista. Nii et mõõta kaardi temperatuuri. Ja siis arvutage Carnoti efektiivsuse piir. Ja siis lisage see teave oma küsimusele.
@EnergyNumbers: Täname u 4 tagasisidet. Trevor Archibaldi näite põhjal saab tagasi koguda 17% energiast. Kui muundame energia tagasi elektrienergiaks ja hoiame energiat energiakogumis nagu superkondensaator. Elektriliselt superkondensaatorile lülitatav toiteallikas kasutab salvestatud energiat uuesti ja lülitub tagasi peamisele toiteallikale. Ma saan majanduslikult aru, et see võib olla praegu praktiline. Kui toornafta barrelihind on 120 dollarit, on Toyota Prius atraktiivne valik. Kui toornafta hind on 25 dollarit barrelit, ei ole Toyota Prius enam atraktiivne
@ChrisMueller, Olen teiega täiesti nõus, et kaart peaks olema tõhus. Kui protsessori taktsagedus on madalam, siis tekitab süsteem vähem soojust, kuid GPU on madala läbilaskevõimega. Tarbijad nõuavad suuremat läbilaskevõimet, seega on protsessori taktsagedus suurem. GPU tarbija nõudluse vaatepunktist jätkab tarbija nõudmist veelgi, seega on suurem vajadus soojushalduse järele.
Ma arvan, et see küsimus on liiga lai. Võimalikke viise on palju ja mõned võivad midagi tuua ja teised mitte midagi. Kuid ükski vastus ei nimeta neid kõiki. Kuidas siis nende üle hääletada? Ja mida tähendab hääletus. Sellised üldised (aga väga huvitavad) teemad ei sobi vist virnavahetused hästi.
Kaks vastused:
#1
+14
Trevor Archibald
2015-01-30 21:03:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Soojust on võimalik tagasi võtta, kuid te ei pääse sellest palju. Nagu üks kommenteerijatest mainis, on teie absoluutne maksimum Carnoti efektiivsus.

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

See on idealiseeritud tingimus, te ei saavuta seda tõhusust kunagi. Kuid oma piiri leidmiseks mõelgem see ikkagi välja. $ T_c $ on lihtsalt toatemperatuur, võib torni sees olla veidi soojem, kuid anname endale kahtluse kasuks ja valime 20C (293K) kena ümmarguse numbri. $ T_h $ varieerub, kuna GPU töötab rohkem (see on üks selle disaini probleeme üldiselt; jahutussüsteemist saadav võimsus ei ole järjepidev, kuna GPU temperatuur varieerub sõltuvalt kiibi stressist .) Me ei taha seda liiga kuumalt käivitada ja kaarti kahjustada, mis rikub jahutussüsteemi eesmärke.

Pärast kiiret otsimist (Google'i „GPU töötemperatuurid” näete hulgaliselt foorumipostitusi, mis annavad palju erinevaid numbreid, millest arvan, et ühtegi pole piisavalt tsiteerida, aga ma m koondades oma andmed minu enda eelduseks) tundub, et enamikul kaartidel on tugev ülempiir ~ 100C, enne kui hakkate tõsiseid kahjustusi tegema. Kuid selle kuumana töötamine vähendab teie kaardi eluiga ja küsimuse pildi järgi otsustades on see kena kaart, mille eest oleme maksnud päris pennigi, ja tahame seda hoida nii kaua kui võimalik . 70C on hea koht pildistamiseks, kuid 80C (353K) on siiski ilmselt üsna ohutu ja me tahame oma parimat võimalikku juhtumit. Nende arvudega saame

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

See tähendab, et maksimaalselt , parim, mida saame teha, on saada 17% kaardil tekitatavast soojusest elektrina tagasi, et tornis midagi toita. Saame kaardi temperatuuri varieerida ja kui see läheb vahemikku 60–100 ° C, siis tõhusus jääb vahemikku 12–21%. Sõltumata sellest ei saa me palju tagasi.

See on siiski maksimaalne efektiivsus. See sait, mis müüb termoelektrigeneraatoreid, ütleb, et rea tipp-TEG-de efektiivsus on 8%. Ehkki see on parem kui miski, mida me oleksime varem saanud, on siin tegelik küsimus kulud ja rakendamine. TEG ei ole odav ja jahutusventilaatorid on. Põhilist jahutussüsteemi on ka palju lihtsam paigaldada. Isegi kui saame kaardi jahutamiseks ühendada TEG-i, peame leidma midagi, mida selle elektriga teha saame, ja me ei taha, et muutuvat võimsust kasutatakse kriitiliste komponentide jaoks. Tornituled ja lisaventilaatorid on ilmselt meie kasutuse ulatus.

Nii et vastan teie tegelikule küsimusele seal, olen kindel, et leiame igasuguseid loomingulisi viise, kuidas see soojus muundada elektriliseks või mehaaniliseks tööks. Selle "kasulikuks" muutmine on täiesti teine ​​lugu.

Lõbus juhtumiuuring professor Klaus Lackneri nõusolekul: kujutage rahvusvahelises kosmosejaamas olevat arvutit, mille toiteallikaks on arvuti jahutusradiaatorite külge kinnitatud Carnoti soojusseadmega aku, kus külmhoidla on ruum. Ja siis arvutage vajalik netotoiteallikas ...
Hea vastus (+1), teine ​​probleem on see, et kui asetate TEC kuumarajale, muudab see soojusjuhtivuse suuremaks, see tähendab, et peamine töö jahutamisel on raskem. Omamoodi nagu tuuleveski auto peale kleepimine, et auto liikumisest elektrit toota.
@Trevor Archibald: Täname teid tehnilise selgituse eest. Loen, et energia saamine on võimalik, kuid praeguse majandusteaduse põhjal pole see monitori seisukohast otstarbekas. Sarnaselt päikesepaneelidele ja Toyota priusele. Andke päikesepaneelide maksusoodustus ja Toyota prius tõuseb. Elektrotehnika seisukohalt, kui on võimalik koguda 17% energiat, saab selle energia salvestada energiamahutisse, näiteks õhtusöögikondensaatorisse, ja seejärel teatud tüüpi toitelüliti mehhanismi abil süsteemis järk-järgult uuesti kasutada.
#2
+12
410 gone
2015-01-31 08:45:30 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Trevor Archibald on andnud teile väga hea vastuse, kuid näen teie kommentaaridest, et teistsugune vastus võib olla kasulik, kuna arvate siiski, et õige majandusteaduse korral võib see olla elujõuline.

See ei oleks olema. Küsimus on inseneriteadustes, mitte majanduses. Majanduslikust seisukohast on see kindlasti halb mõte; kuid hindade muutmine ei tee sellest head mõtet. See oleks ikkagi halb mõte. Lubage mul selgitada.

madala kvaliteediga kuumus

Madala kvaliteediga soojus on soojus, mis on mõni kelvini või kümneid kelvini toatemperatuurist kõrgem.

vabanemine kuumuse kiirus on mängu nimi

George Herold juhib teid kommentaaris ühele põhjusele, miks kaardil energia kogumine oleks halb mõte: kaardi soojusjuhtivus on mõeldud olla kõrge.

Kiirest soojusest vabanemine on eriti oluline IT-seadmetes, kus seadmete elektriline kasutegur on tõesti hämmastavalt kehv. Ja see tähendab, et teie sisestatud elektrienergiast muutub peaaegu kogu see otse soojuseks. Pisut klappimiseks on vaja teoreetiliselt minimaalset energiakogust, olenemata sellest, millises keskkonnas bitti hoitakse. Kogu ülejäänud energia, mis on üle selle miinimumi, muutub kohe soojuseks. Varustuse kaitsmiseks peate sellest kuumusest võimalikult kiiresti lahti saama.

Nii et kaart on loodud nii kiiresti kui võimalik soojusest vabanemiseks. Kõik, mis te ette panete, näiteks teie pakutav energiakoristusseade, aeglustab kuumuse kaardilt lahkumise kiirust. See tõstab kaardi tasakaalu temperatuuri. Ja see lühendab kaardi elu radikaalselt. See juhtub sõltumata elektrihinnast.

see ei ole seotud elektrihinnaga

Ja see idee, et kui elektri hind oleks piisavalt kõrge, tasuks see madala kvaliteediga soojuse koristamise ära, on lihtsalt vale. Kui elekter on nii väärtuslik, siis tasub kaarti kõigepealt tõhusamaks muuta, nii et raiskavat soojust oleks vähem: kõigepealt vähendage väärtusliku energia tarbimist, enne kui proovite väheväärtuslikku energiat taaskasutada. Ja see viib mind ...

energia versus eksergia

Kuumus on paljudel juhtudel jääkaine. See on peaaegu alati kõige vähem kasulik energiavorm. See on tegelikult see, mida Carnot'i efektiivsuspiir teile ütleb: et mis tahes töö saamiseks madalast kuumusest saate seda teha ainult väga madala efektiivsusega; see tähendab, et peaaegu kogu soojus jääb soojuseks.

Kui teete tehnikat soojuse ja muude energiavormidega, on väga kasulik luua intuitsioon, et eristada energiat (asi, mida mõõdetakse džaulides) ja eksergia (asi, millega töö tehtud saab). Vorm, milles energia on, määrab ära selle, kui palju tööd see suudab teha. Elekter suudab tohutult tööd teha tõhusalt - sellel on väga kõrge eksergia. Madala kvaliteediga soojus võib teha väga vähe tööd - sellel on väga madal eksergia.

Kui olete loonud madala kvaliteediga kuumuse, olete juba eksergia (kasulik energia) rida lõpus. Peaaegu kõik energia kasutusalad jõuavad madala kvaliteediga kuumuseni. See on peaaegu iga energiamuundamise ahela lõplik vorm. Ja kosmilises skaalas on see kui palju me võime öelda) universumi kuumasurmas iga džauli lõplik vorm.

Madala kvaliteediga kuumus on tee lõpp. Kui soovite nendest džaulidest rohkem tööd teha, siis tehke see töö enne need džaulid madala kuumuse kujul.

Absoluutselt. Madala kvaliteediga soojusel on üsna palju ühte kasutust ja see soojendab midagi, nii kaua, kui midagi, mida soovite soojendada, on täpselt seal, kus madala kvaliteediga soojus juba on või kuhu saab jõuda väga lihtsa ventilaatori ja lühikese kanaliga.


See küsimus ja vastus tõlgiti automaatselt inglise keelest.Algne sisu on saadaval stackexchange-is, mida täname cc by-sa 3.0-litsentsi eest, mille all seda levitatakse.
Loading...