本文转载自 The Conversation.
不仅仅是人类需要保持凉爽，尤其是在 创纪录的热浪 的夏季。许多机器，包括手机、数据中心、汽车和飞机，在 极端高温 下效率会降低，损耗会加快。机器也会产生自己的热量，这会使周围的温度变得更热。
我们是 工程研究人员 ，我们 研究 机器如何管理热量以及如何有效回收和再利用那些被浪费的热量。极端高温有几种方式影响机器。
没有任何机器是完全高效的——所有机器在运行过程中都会遇到一些内部摩擦。这种摩擦会导致机器散发热量，所以外部越热，机器就会越热。
手机 和带有 锂离子电池 的类似设备，在高于华氏 95 度（摄氏 35 度）的气候下运行时效率会下降——这是为了避免过热和增加电子元件的压力。
使用创新的 相变流体 的冷却设计有助于保持机器凉爽，但在大多数情况下，热量最终仍会散发到空气中。因此，空气越热，就越难将机器保持在足够凉爽的温度下以高效运行。
此外，机器靠得越近，周围区域散发的热量就越多。
材料变形
较高的温度，无论是来自天气还是机械设备散发出的多余热量，都可能导致机械设备中的材料变形。要理解这一点，需要从分子层面来理解温度。
在 分子尺度 上，温度是分子振动程度的度量。因此，温度越高，构成从空气到地面再到机械材料的万物的分子的振动就越剧烈。
随着温度升高和分子振动加剧，分子间的平均距离会变大，导致大多数材料在受热时膨胀。道路就是一个例子——炎热的混凝土会膨胀，受到挤压，最终 会开裂 。这种现象也可能发生在机械设备上，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机油的特性，可能导致发动机故障。例如，如果热浪使温度比正常情况高 30 华氏度（16.7 摄氏度），典型汽车发动机机油的粘度——即稠度——可能会 变化三倍 。
像发动机油这样的流体在加热时会变稀，所以如果温度过高，机油可能不够浓稠，无法充分润滑和保护发动机部件免受过度磨损。
此外，炎热的天气会导致轮胎内的空气膨胀并增加胎压，这可能会 增加磨损和打滑的风险 。
飞机在极端温度下也无法正常起飞。随着外部温度升高，空气开始膨胀并占据比以前更大的空间，变得更稀薄或密度更低。这种 空气密度降低 会减少飞机在飞行中能够支撑的重量，这可能导致严重的 旅行延误 或航班取消。
电池损耗
总的来说，手机、个人电脑和数据中心等设备中的电子元件由许多不同材料组成，它们对温度变化的反应各不相同。这些材料都紧密地排列在一起。因此，随着温度升高，不同材料的变形程度也不同，这可能导致 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工作温度下会更快损耗。这是因为较高的温度会 加速电池内部的反应速率 ，包括会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，电动汽车暴露在持续 90 华氏度（约 32 摄氏度）的天气下， 续航里程可能会损失约 20% 。
数据中心 ，即存放数据的服务器的建筑，会散发大量的热量以保持其组件的凉爽。在炎热的天气里，风扇必须更努力地工作，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元件。
为了保持数据中心凉爽，通常会先将来自外部的干燥空气通过一个湿润的垫子。垫子上的水蒸发到空气中并吸收热量，从而使空气冷却。这种技术被称为蒸发冷却，通常是使芯片保持在合理工作温度下的一种 经济有效的途径 。
然而，蒸发冷却可能需要 大量的水 。在缺水地区，这个问题尤其棘手。用于冷却的水会增加数据中心已经 巨大的资源足迹 。
空调的挣扎
空调在室外温度升高时，恰恰是它们最需要发挥作用的时候，却难以有效运行。在炎热的天气里，空调压缩机必须更努力地工作，将 房屋的热量排出室外 ，这反而会不成比例地增加电力消耗和 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）， 电力需求就会增加约 4% 。
在较热的国家，高温会导致夏季电力需求惊人地增加 50%，这带来了严重的 电力短缺 或停电的风险，同时还会增加温室气体排放。
如何防止热损伤
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，有一些方法可以最大限度地减少损害。
首先，确保您的机器放置在空调、 隔热良好的空间 或阳光直射不到的地方。
其次，考虑在用电低峰期（即使用电量较低的时段）使用高能耗设备，如空调或为电动汽车充电。这有助于避免局部电力短缺。
再利用热量
科学家和工程师正在开发利用和回收机器散发出的海量热量的方法。一个简单的例子是利用数据中心产生的废热 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 ，它们实际上可以通过一系列化学和热交换过程利用热量来支持制冷机。
在任何一种情况下，加热或冷却某物所需的能量都来自那些原本被浪费的热量。事实上，发电厂的废热理论上可以满足 27% 的 住宅空调需求 ，这将减少整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，而热浪在未来几年不会消失。然而，我们有机会利用极端高温，让它为我们服务。
Srinivas Garimella 是佐治亚理工学院的机械工程教授， Georgia Institute of Technology ， Matthew T. Hughes 是麻省理工学院的博士后研究员， Massachusetts Institute of Technology (MIT) 。
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