最初,空調的設計不是為了舒適,而是為了工業使用,特別是為了控制布魯克林一家彩色印刷廠的溫度和濕度。1902年,布魯克林的Sackett-Wilhelms 印刷廠遇到了一個麻煩,在他們的工作中,由于紙張需要被投放在機器里重復印刷色彩,一旦有輕微受潮,顏色位置就會出現偏差,致使印紙作廢。為了幫助印刷廠克服這個麻煩,一個名叫Willis Haviland Carrier的年輕工程師制造了一臺可以調節溫度和濕度的機器。
第一臺空調的雛形由供應211千瓦冷卻溫度的盤繞線圈組成,能夠維持27°C的溫度和55%的相對濕度。其中50%由冷井水提供、另一半來自于蒸發冷卻的機械制冷(這種原理在18世紀由幾位科學家提出,其中包括本杰明·富蘭克林)。
在初試牛刀的過程中,雖然空調系統較為龐大,也并不高效,但Carrier整理出了一份溫度、濕度和人們對這些要素感知的圖表。它是如今“溫度測量法”的雛形。
1906年,Carrier獲得了空氣處理儀的第一項專利。同年,同樣為棉紡廠設計控溫控濕設備的紡織工程師Stuart Cramer創造了“空調”(Air Conditioning)這個詞。1911年,Carrier發表了論文《合理的濕度計公式》,完成了設計高效空調系統的持久基礎理論。
起初,空調主要用于紡織、印刷、膠片和食品加工業。20世紀20年代,百貨公司和電影院開始提供這種服務。要知道在以前,電影院的生意在冬季才會好,而夏季十分慘淡,因為誰也不愿意在悶熱的室內和很多人一起“汗蒸”幾個小時。
1932年,出現了第一批帶獨立通風窗口的空調機,有點像現在大家看到的空調外機箱,盡管戰爭期間非必要的空調裝置被暫時禁止,但Philco-York公司在1938年將其推向市場。
隨后,家用空調開始向北擴散。發電公司的生產高峰從冬季轉移到夏季。今天,美國7月份公用事業規模設施的發電量明顯高于1月份。2018年,這一差距約為10%,2019年為15%。
Source: International Energy Agency
Air conditioning stands to rise markedly in emerging economies, many of which have notably hot weather [top]. Cooling takes an ever-larger share of electric capacity, but more efficient air-conditioning units could make a big difference [bottom].
到2019年,全球在運行的機組超過16億臺,其中超過一半在中國和美國。但這僅僅是一個開始:2018年,國際能源機構(International Energy Agency,IEA)預測,在三個關鍵因素的共同作用下,即將到來的“寒流”將到來:新興經濟體的收入將繼續增長,在新興經濟體中,最早的支出選擇之一是安裝窗式空調機組。
如今全球變暖使得夏季溫度的峰值一再創下新高,炎熱日期的數量增加。同時,由于耗能排放,空調的使用也加劇了全球變暖。
世界上超過90%的人口增長將分布在非洲、中東和南亞等較熱區域但這些區域的空調占有量還不到全球10%。2019年有超過16億臺在運行的空調機組,其中超過一半在中國和美國。這里有很大的增長潛力。在生活在最溫暖地區的近30億人中,只有不到10%的人在家里安裝了空調,而在美國和日本,這一比例為90%。印度北方邦是印度的一個邦,其夏季平均氣溫遠高于佛羅里達州,如果向其2億多居民提供空調,這將需要至少兩倍于美國3.3億人口的冷卻需求。由于燃煤發電在印度、中國和印度尼西亞提供了很大一部分電力,空調的普及將大大增加亞洲的二氧化碳排放量。
氣溫上升,收入增加,人口增長,使得空調的快速發展勢不可擋。我們所能做的就是通過更好的城市規劃、更改良的建筑設計以及對新空調機組實施嚴格的能效標準,來緩和這一增長速度。
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原文標題:空調的發明 一開始并不是為了給人類提供舒適?
文章出處:【微信號:IEEE_China,微信公眾號:IEEE電氣電子工程師】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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