在任何計算機設計中，過熱都是一個重要問題。盡管設計人員實施了不同的散熱方法，但都有一個共同的問題。散熱依賴于傳輸介質的導熱性。已經發明了許多巧妙的裝置來實現更快和更有效的散熱。但是，與其把熱量扔掉，為什么不回收呢？John 提出了一種潛在的節能熱管理策略。

向大多數筆記本電腦或筆記本電腦用戶詢問他們的主要煩惱，他們的回答可能與他們的電腦產生的熱量有關。膝上型電腦和筆記本電腦使用許多與嵌入式計算機設計相同的組件，例如中央和圖形處理單元、北橋、南橋等組件。

組件在熱友好型計算機設計中發揮著重要作用。使用威盛 C7 CPU 等低熱量處理器有助于降低整體熱量。但一般來說，隨著處理器變得更強大，它們會產生更多的熱量，因此熱管理是一個重要的考慮因素。

問題就在這里：計算機需要電力才能運行，而電力不可避免地會以熱量的形式產生廢能。如果系統內積聚的熱量太大，系統將無法正常運行。因此，設計師的目標是消除產生的熱量并在可能的情況下有效地利用它。

當前的熱管理技術

目前，大多數（如果不是全部）熱管理方法都集中在散熱上，無論是被動的（例如，無風扇散熱器）還是主動的（例如，風扇強制冷卻或水冷）。基于散熱的理想熱管理系統將消散所有產生的熱量。盡管現有的熱管理設備已經足夠，但它們可以散發的熱量有限。只有在達到熱平衡之前，散熱才能令人滿意。

需要散發多少熱量？通常，使用的能量與產生的熱量成正比。因此，如果一個組件在 60 秒內使用 30 W 的功率，它將輸出 1，800 焦耳的熱量。

Q = Pt = VIt

在上面的等式中，Q 以焦耳 （J） 為單位表示熱量，P 以瓦特 （W） 為單位表示功率，t 以秒 （s） 為單位表示時間，V 以安培 （A） 為單位表示電流。可以使用以下等式計算 Delta T 攝氏度，其中 m 代表質量，單位為千克 （kg），c 代表比熱 （J/gK）。

??T = Q/mc = VIt/mc

散熱器系統基于將熱量從散熱器傳遞到環境空氣。為了使散熱器正常工作，系統運行時絕不能達到熱平衡（即，系統開啟時環境空氣必須始終比散熱器冷）。否則，一旦達到熱平衡，熱量將不再從散熱器傳遞到環境空氣。

一旦達到熱平衡，散熱器就無法減輕處理器的熱負荷。即使假設從未達到熱平衡，也很明顯浪費了很多能量。這種潛力不應被利用。另一種熱管理技術涉及轉換熱能并將其存儲以備后用。

使熱能生產

將熱能轉化為電能并不是一個新想法。由于熱量是紅外輻射，因此是電磁光譜的一部分，因此基于光伏的熱管理是可能的。術語熱光伏 （TPV） 已被用于描述用于轉換熱能的光伏設備。目前，TPV 設備還不夠實用，不能作為主要電源考慮。然而，重要的是要記住，熱管理系統的主要目標是散熱，而不是發電。從這個過程中收集到的任何力量都是一種獎勵，而不是主要目標。

光伏器件需要兩層光敏材料：一層 p 型層和一層 n 型層。p 型包括一種材料，其原子具有一個額外的電子，可防止該材料完全不導電。n 型由原子缺少一個電子的材料組成。當 p 型層暴露在光線下時，光源中的光子會導致額外的電子被釋放，從而產生電流（見圖 1）。

圖1

全封閉系統的實現

回收廢能的熱管理設備是氣密密封系統的理想選擇。在這樣的系統中，被動冷卻和風扇強制冷卻幾乎沒有影響。當廢能可回收時，可以在不犧牲性能的情況下設計堅固的密封系統。高性能組件通常會產生更多熱量，但對于以熱量為燃料的熱管理設備來說，這不再是問題。

要實施熱管理設備，機箱內部必須襯有 TPV 電池，以吸收盡可能多的熱量。此外，雙面 TPV 電池應直接放置在散熱器上方（參見圖 2）。采用雙面設計，TPV 電池不僅可以從散熱器吸收熱量，還可以從環境空氣中吸收熱量。機箱內壁襯有單面 TPV 電池，以捕獲任何剩余的環境熱量。

圖 2

這種熱管理策略特別適用于環境可能對計算機產生不利影響的便攜式應用或外部應用（例如，街道信息亭、摩托車上的 GPS 單元或船舶上的導航單元）。該技術也適用于部分封閉的系統，例如環境不會對計算機產生不利影響的固定應用程序（例如，建筑物內的信息亭）。

延長電池壽命

通過在熱管理設備中使用 TPV 電池并選擇正確的組件，設計人員可以創建成功的低熱量系統。隨著光伏電池技術的進步，這種設計可能會導致產品的電池壽命長得離譜，甚至可能是一種幾乎永久的能源。

審核編輯：郭婷