以下文章经 The Conversation许可转载，The Conversation是一个报道最新研究的在线出版物。
不仅仅是人类需要保持凉爽，尤其是在今年夏天破纪录的热浪中。许多机器，包括手机、数据中心、汽车和飞机，在极端高温下效率降低，老化速度加快。机器也会产生自身的热量，这会使周围的温度更高。
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我们是工程研究人员，研究机器如何管理热量以及如何有效地回收和再利用原本浪费的热量。极端高温以几种方式影响机器。
没有机器是完全高效的——所有机器在运行过程中都会面临一些内部摩擦。这种摩擦会导致机器散发一些热量，因此外部环境越热，机器就会越热。
手机和使用锂离子电池的类似设备在高于 95 华氏度（35 摄氏度）的气候下运行时会停止良好工作——这是为了避免过热和增加电子设备的压力。
使用创新相变流体的冷却设计可以帮助机器保持凉爽，但在大多数情况下，热量最终仍然会消散到空气中。因此，空气越热，就越难使机器保持足够凉爽以高效运行。
此外，机器靠得越近，周围区域散发的热量就越多。
材料变形
无论是天气还是机器辐射的过热，更高的温度都会导致机器中的材料变形。要理解这一点，请考虑温度在分子水平上的含义。
在分子尺度上，温度是分子振动程度的度量。因此，温度越高，构成从空气到地面到机器材料的所有分子的振动就越剧烈。
随着温度升高和分子振动加剧，它们之间的平均空间会增大，导致大多数材料在受热时膨胀。道路是看到这种情况的一个地方——热混凝土膨胀，受到约束，并最终破裂。这种现象也可能发生在机器上，而热应力只是问题的开始。
旅行延误和安全风险
高温还会改变汽车发动机中油的性能，导致潜在的发动机故障。例如，如果热浪使气温比正常温度高 30 华氏度（16.7 摄氏度），则典型汽车发动机油的粘度——或稠度——可能会改变三倍。
像发动机油这样的流体在受热时会变稀，因此如果温度过高，油可能不够稠，无法充分润滑和保护发动机部件免受磨损加剧。
此外，炎热的天气会导致轮胎内的空气膨胀并增加轮胎压力，这可能增加磨损和打滑的风险。
飞机的设计也不适合在极端温度下起飞。随着外界温度升高，空气开始膨胀并占据比以前更大的空间，使其变得稀薄或密度降低。这种空气密度降低会减少飞机在飞行过程中可以支撑的重量，这可能会导致严重的旅行延误或航班取消。
电池退化
一般来说，手机、个人电脑和数据中心等设备中包含的电子设备由多种材料组成，这些材料对温度变化的反应各不相同。这些材料都紧密地相邻排列。因此，随着温度升高，不同类型的材料变形程度不同，可能会导致过早磨损和故障。
汽车和通用电子产品中的锂离子电池在较高的工作温度下会更快地退化。这是因为较高的温度增加了电池内部反应的速率，包括消耗电池中锂的腐蚀反应。这个过程会降低其存储容量。最近的研究表明，电动汽车在持续暴露在 90 华氏度的天气中时，续航里程可能会损失约 20%。
数据中心是装满服务器以存储数据的建筑物，会散发大量热量以保持其组件凉爽。在非常炎热的日子里，风扇必须更加努力地工作，以确保芯片不会过热。在某些情况下，强大的风扇不足以冷却电子设备。
为了保持中心凉爽，来自外部的干燥空气通常首先被送到潮湿的垫子上。垫子中的水蒸发到空气中并吸收热量，从而冷却空气。这种称为蒸发冷却的技术通常是一种经济有效的方法，可以将芯片保持在合理的运行温度下。
然而，蒸发冷却可能需要大量的水。这个问题在水资源稀缺的地区尤其突出。冷却用水可能会增加数据中心已经巨大的资源足迹。
苦苦挣扎的空调
随着外界温度升高，空调难以有效运行——而这正是最需要它们的时候。在炎热的日子里，空调压缩机必须更加努力地工作，才能将来自房屋的热量输送到室外，这反过来又不成比例地增加了电力消耗和整体电力需求。
例如，在德克萨斯州，每升高 1.8 华氏度（1 摄氏度）就会导致电力需求增加约 4%。
在较热的国家，夏季高温导致电力需求惊人地增加了 50%，对电力短缺或停电构成严重威胁，同时还会增加温室气体排放。
如何防止热损坏
全球范围内的热浪和气温升高对人类和机器都构成了严重的短期和长期问题。幸运的是，您可以采取一些措施来最大限度地减少损害。
首先，确保您的机器放置在有空调的、隔热良好的空间中，或避免阳光直射。
其次，考虑在用电人数较少的非高峰时段使用空调或为电动汽车充电等高能耗设备。这可以帮助避免局部电力短缺。
热量再利用
科学家和工程师正在开发利用和回收机器散发的大量热量的方法。一个简单的例子是利用数据中心的废热来加热水。
废热还可以驱动其他类型的空调系统，例如吸收式制冷机，它实际上可以使用热量作为能量，通过一系列化学和传热过程来支持冷却器。
在任何一种情况下，加热或冷却某些东西所需的能量都来自原本浪费的热量。事实上，发电厂的废热理论上可以满足27% 的住宅空调需求，这将减少总体能源消耗和碳排放。
极端高温会影响现代生活的方方面面，而且在未来几年内，热浪不会消失。然而，我们有机会利用极端高温，使其为我们所用。
本文最初发表于 The Conversation。阅读 原文。