以下文章經 The Conversation許可轉載，The Conversation是一個報道最新研究的線上出版物。
不僅僅是人類需要保持涼爽，尤其是在今年夏天破紀錄的熱浪中。許多機器，包括手機、資料中心、汽車和飛機，在極端高溫下效率降低，老化速度加快。機器也會產生自身的熱量，這會使周圍的溫度更高。
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我們是工程研究人員，研究機器如何管理熱量以及如何有效地回收和再利用原本浪費的熱量。極端高溫以幾種方式影響機器。
沒有機器是完全高效的——所有機器在執行過程中都會面臨一些內部摩擦。這種摩擦會導致機器散發一些熱量，因此外部環境越熱，機器就會越熱。
手機和使用鋰離子電池的類似裝置在高於 95 華氏度（35 攝氏度）的氣候下執行時會停止良好工作——這是為了避免過熱和增加電子裝置的壓力。
使用創新相變流體的冷卻設計可以幫助機器保持涼爽，但在大多數情況下，熱量最終仍然會消散到空氣中。因此，空氣越熱，就越難使機器保持足夠涼爽以高效執行。
此外，機器靠得越近，周圍區域散發的熱量就越多。
材料變形
無論是天氣還是機器輻射的過熱，更高的溫度都會導致機器中的材料變形。要理解這一點，請考慮溫度在分子水平上的含義。
在分子尺度上，溫度是分子振動程度的度量。因此，溫度越高，構成從空氣到地面到機器材料的所有分子的振動就越劇烈。
隨著溫度升高和分子振動加劇，它們之間的平均空間會增大，導致大多數材料在受熱時膨脹。道路是看到這種情況的一個地方——熱混凝土膨脹，受到約束，並最終破裂。這種現象也可能發生在機器上，而熱應力只是問題的開始。
旅行延誤和安全風險
高溫還會改變汽車發動機中油的效能，導致潛在的發動機故障。例如，如果熱浪使氣溫比正常溫度高 30 華氏度（16.7 攝氏度），則典型汽車發動機油的粘度——或稠度——可能會改變三倍。
像發動機油這樣的流體在受熱時會變稀，因此如果溫度過高，油可能不夠稠，無法充分潤滑和保護髮動機部件免受磨損加劇。
此外，炎熱的天氣會導致輪胎內的空氣膨脹並增加輪胎壓力，這可能增加磨損和打滑的風險。
飛機的設計也不適合在極端溫度下起飛。隨著外界溫度升高，空氣開始膨脹並佔據比以前更大的空間，使其變得稀薄或密度降低。這種空氣密度降低會減少飛機在飛行過程中可以支撐的重量，這可能會導致嚴重的旅行延誤或航班取消。
電池退化
一般來說，手機、個人電腦和資料中心等裝置中包含的電子裝置由多種材料組成，這些材料對溫度變化的反應各不相同。這些材料都緊密地相鄰排列。因此，隨著溫度升高，不同型別的材料變形程度不同，可能會導致過早磨損和故障。
汽車和通用電子產品中的鋰離子電池在較高的工作溫度下會更快地退化。這是因為較高的溫度增加了電池內部反應的速率，包括消耗電池中鋰的腐蝕反應。這個過程會降低其儲存容量。最近的研究表明，電動汽車在持續暴露在 90 華氏度的天氣中時，續航里程可能會損失約 20%。
資料中心是裝滿伺服器以儲存資料的建築物，會散發大量熱量以保持其元件涼爽。在非常炎熱的日子裡，風扇必須更加努力地工作，以確保晶片不會過熱。在某些情況下，強大的風扇不足以冷卻電子裝置。
為了保持中心涼爽，來自外部的乾燥空氣通常首先被送到潮溼的墊子上。墊子中的水蒸發到空氣中並吸收熱量，從而冷卻空氣。這種稱為蒸發冷卻的技術通常是一種經濟有效的方法，可以將晶片保持在合理的執行溫度下。
然而，蒸發冷卻可能需要大量的水。這個問題在水資源稀缺的地區尤其突出。冷卻用水可能會增加資料中心已經巨大的資源足跡。
苦苦掙扎的空調
隨著外界溫度升高，空調難以有效執行——而這正是最需要它們的時候。在炎熱的日子裡，空調壓縮機必須更加努力地工作，才能將來自房屋的熱量輸送到室外，這反過來又不成比例地增加了電力消耗和整體電力需求。
例如，在德克薩斯州，每升高 1.8 華氏度（1 攝氏度）就會導致電力需求增加約 4%。
在較熱的國家，夏季高溫導致電力需求驚人地增加了 50%，對電力短缺或停電構成嚴重威脅，同時還會增加溫室氣體排放。
如何防止熱損壞
全球範圍內的熱浪和氣溫升高對人類和機器都構成了嚴重的短期和長期問題。幸運的是，您可以採取一些措施來最大限度地減少損害。
首先，確保您的機器放置在有空調的、隔熱良好的空間中，或避免陽光直射。
其次，考慮在用電人數較少的非高峰時段使用空調或為電動汽車充電等高能耗裝置。這可以幫助避免區域性電力短缺。
熱量再利用
科學家和工程師正在開發利用和回收機器散發的大量熱量的方法。一個簡單的例子是利用資料中心的廢熱來加熱水。
廢熱還可以驅動其他型別的空調系統，例如吸收式製冷機，它實際上可以使用熱量作為能量，透過一系列化學和傳熱過程來支援冷卻器。
在任何一種情況下，加熱或冷卻某些東西所需的能量都來自原本浪費的熱量。事實上，發電廠的廢熱理論上可以滿足27% 的住宅空調需求，這將減少總體能源消耗和碳排放。
極端高溫會影響現代生活的方方面面，而且在未來幾年內，熱浪不會消失。然而，我們有機會利用極端高溫，使其為我們所用。
本文最初發表於 The Conversation。閱讀 原文。