本文来自微信公众号：瞻云（ID：zhanyun2028），作者：瞻云，题图来自：视觉中国


你有没有想过这样一个问题：


人如果需要充电，一个正常人一天要消耗多少度电？


假如人的能量消耗全是靠电的，那么一个正常在写字楼上班非从事体力劳动的成年男人一天大概会消耗多少度电。假设以后人身体中植入了电脑这样的设备，能靠食物的摄入来维持能量的消耗吗？


上班族一天的能耗，仅仅相当2~4度电。


能量密度仅为芯片的1/100，用人体给植入电脑供电完全不现实。


但在遥远的未来，还是有可能的。

图/参考资料[1]
图/参考资料[1]


新陈代谢率是人体单位面积的功率。


人体表面积是1.5~2m2，我们取个1.8m2。


人体肌肉机械效率为10%~30%，平均值为20%左右[2]，机械功占机械废热的25%。


基础代谢取100W的平均值。


图/参考资料[2]
图/参考资料[2]


我们先来算通勤耗电量：


成年人平均步行速度4.4~5km/h，新陈代谢率取181W/m2，乘以表面积得：181×1.8=325.8W。


人体功率为：100+（325.8-100）×1.25=0.382kw。


站立新陈代谢取70W/m2，得人体功率126w，也即0.126kw。


一个无车打工人，一天平均通勤时间在1.5小时，且步行站总通勤时间的2/3，那么用在通勤上的总用电量为：0.5×0.382+0.126×1=0.317kw·h。


也即，通勤上来说，无车打工人用电0.3度电左右。


有车一族，通勤时间按照1个小时来算，快行时新陈代谢率116W/m2，缓行时新陈代谢率58W/m2，城市交通拥挤，总是走走停停，取个87W/m2的平均值。


得到驾车时，人体功率为:100+56.6×1.25=168w。


即0.168km。1个小时，就是0.168度电。


可以看出有车一族的人体耗电量，的确比没车一族，差不多少一半。


不过考虑到驾车通勤，车辆的综合能耗在1~2度电，有车一族的综合能耗还是比无车打工人高个7倍左右。


接下来是上班耗电量：


在写字楼工作，基本上是所有工作里能耗最低的了，新陈代谢率最高也就70W/m2。但考虑到中午吃饭，偶尔起来摸鱼，上厕所等等，平均新陈代谢率就取70W/m2，人体功率为0.126kw。


那么一天9个小时，耗电量为：9×（0.1+0.26×1.25）=1.193kw·h。


也就是说，工作一天的耗电量差不多也就1度电左右。如果你是那种能在公司真躺平的人，还能节约1/3的用电量。


从表我们也可以看出，对于体力劳动者，一天耗电量最高达5倍还多，达到6度电的消耗。


随后是晚餐消食用电消耗：


对于晚上回家需要自己购物、做饭、洗碗的人，用时1.5个小时，平均新陈代谢率取100W/m2，人体功率为0.18kw。


用电量：1.5×（0.1+0.08×1.25）=0.3kw·h。也即0.3度电左右。


对于不需要做饭的人来说，回家基本都是坐着的人来说，耗电量大约0.15度电。


饭后45分钟（0.75小时）散步消食，用电0.17度。也就是说晚餐+散步用电0.47度电。


业余用电消耗：


此时已经是晚上9点。


9点~1点的这个时间段，根据每个人的状态，耗电差异极大。


对于完全躺平的人来说，加上偶尔上厕所，新陈代谢率50W/m2左右，人体功率0.09kw。


睡觉前耗电：


4×0.09=0.36kw·h。


也就是说，躺平的人睡前能量消耗接近0.4度电。


而对于睡前喜欢去进行各种娱乐活动，甚至进行体育运动的人，新陈代谢率上限500W/m2，考虑到中间休息，且并不能总是处于激烈运动状态，取个200W/m2。那么对于这部分人功率为，0.36kw。


耗电：4 ×（0.1+0.26×1.25）=1.7kw·h。


比起躺平的人，耗电增量为1.34kw·h多些，也即1度电多。这部分人短短4个小时，耗电量相当于别人半天。


最后是睡眠耗电量：


晚上睡觉时间7~8h，考虑早上通勤，还有7.15小时（9点上班，0.75小时的通勤）。


睡觉新陈代谢率为41W/m2，人体功率为0.074kw。


睡眠用电量为：7.15×00.74=0.529kw·h。也就是说晚上睡觉，耗电量在0.5度左右。


最后我们把以上数据加起来。


那么，同样是写字楼上班，对于一个天天躺平不参加体育锻炼，一天用电量为：通勤（0.317）+工作（1.193）+晚餐（0.47）+躺平（0.36）+睡眠（0.529）=2.869kw·h


也即2.8度电左右。


对于女性或者小个子男性来说，躺平用电量可低至2度电。而对于大个子来说，用电量可以轻松超过3度电。


总之，没有运动习惯的人，一天耗电量在2~3度电。


对每天都会有娱乐活动或者固定体育锻炼的人来说，一天用电量为：基础消耗（2.869）+运动增量（1.34）=4.209kw·h。


也就是说，对于有运动习惯的人来说，每天消耗4.2度电左右。


考虑到体型和女性，以及大众人群的消耗量，整个人群大约在3~4度电范围内。


考虑到所有的非体力劳动人群，耗电量基本都在2~4度电的范围内。


体力劳动人群，耗电量则在4~10度电范围内。


笔记本电脑的功率在40~50w，一天用电量在1度电左右。而人的大脑功率20w，一天用电量不超过0.5度电。


所以，常规笔记本电脑，用大脑的电当然不可能。


在没有技术革命前，即便用芯片级的微型计算机也不行。


人类大脑1.4kg，功率密度为14w/kg。


1cm3大脑的功率在0.014w


而芯片的功率密度达到1W/cm3甚至更高，是大脑功率密度的100倍。


芯片耗能大大超过大脑平均功率，自然会损坏大脑结构，最好和大脑功率相差不大。


除非在未来能模拟大脑神经元，能够把功率降低数百倍以上，不然靠大脑能量为芯片供电，是根本不可能做到的。


当然，其实还可以这样做，专门配备一个微型热能发电，用身体其他部位的热能发电，例如内脏或者肌肉。然后把电集中输送给芯片。通过植入体内的电路，到达芯片。但这种技术，可能比自发电的低耗能生物芯片难度更大，安全性也是巨大的挑战。


但无论怎么样，对于未来足够的遥远，这个设想还是有实现可能的。


参考文献：

[1] 魏润柏. 人体与环境热交换计算方法[J]. 人类工效学， 1995， 001(002):39-42.

[2] 芦坤， 周兴龙， 闫松华，等. 人体日常活动机械功及能量效率的初步研究[J]. 北京生物医学工程， 2014， 33(2):8.


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