新型空调技术或成未来制冷新趋势
过去七月是有史以来人类记录到的最热月份。热浪打破了全球的温度纪录，甚至在南半球的冬季，智利和阿根廷也出现了夏季般的高温。这不仅仅是让人汗流浃背的不适问题。严重的高温是所有天气事件中致死率最高的。仅在美国，高温每年造成的死亡人数就超过了洪水、龙卷风和飓风的总和。随着气候变化的加剧，获得人工降温空间正迅速变成一种健康必需品，也成为基本人权的问题。然而，传统的空调系统却使我们陷入了一个恶性循环：天气越热，人们就越会开足空调，结果就消耗了更多的能源，也排放了更多的温室气体。牛津大学研究可持续降温技术的工程师尼科尔·米伦达说：“我们正处于一个恶性循环之中。”而且“这不仅是一个恶性循环，更是一个加速发展的恶性循环”。根据国际能源署（IEA）2018年的数据，降温是建筑中增长最快的单一能源用途。按照“照常发展”的情景预测，IEA预计到2050年，全球用于降温的年能源需求将超过三倍。这相当于增加了4000太瓦时以上的能源消耗，差不多就是整个美国一年的用电量。我们越来越清楚地意识到，人类不能继续依靠使用近一个世纪的空调技术来逃避气候变化的影响。摆脱这种循环需要新技术的创新，以更少的环境影响为更多人提供凉爽的空气。当前空调系统的一个明显问题是它们依赖制冷剂化学品，其中许多是强效的温室气体。一些项目旨在用危害较小的冷却剂替代这些物质，但即便如此，制冷剂也只是空调对气候影响的一小部分。劳伦斯伯克利国家实验室全球冷却效率项目的负责人尼哈尔·沙阿指出，目前标准空调设备造成气候变暖排放的80%来自于运行它所消耗的能源。沙阿解释说，近年来的研究重点主要放在提升标准空调系统中压缩机和热交换器的能效上。然而，一些更具野心的项目则旨在从源头上减少这些组件需要执行的工作量。标准空调系统通过一个相对低效的机制同时完成冷却和除湿。沙阿表示，为了使空气中的水分凝结出来，空调会过度冷却空气，使其低于舒适温度。因此，许多新设计将除湿和冷却过程分开，从而避免了空气的过度冷却。例如，一些新型空调使用吸湿性材料（类似于你在一个牛肉干袋或药瓶中看到的硅胶）从空气中提取水分。空气干燥后，再被冷却到更舒适的温度。这个过程需要一些额外的能源，因为吸湿性材料需要用热能来“充电”。但包括马萨诸塞州索默维尔市的初创公司Transaera在内的一些公司，正在回收冷却过程中产生的热量来“充电”吸湿材料。Transaera表示，他们正在开发的系统比普通的空调节能35%。更大的节能效果可能来自于将除湿与蒸发冷却技术结合使用，这完全避开了耗能的压缩过程。压缩过程是标准空调的运行方式——制冷剂在冷凝和膨胀的循环中不断移动，从而从室内吸收热量并将其释放到室外。相反，蒸发冷却是一种更简单的过程，它与人体通过出汗来降温的原理相同：当水从液态变为气态时，会吸收热量。比如，自制的“凉风器”就是用风扇吹过冰块的空气，其原理是一样的。在干燥的气候中，人们已经使用蒸发冷却技术已有数千年历史。例如，在古代伊朗，人们建造了巨大的锥形土质结构“雅赫查尔”（yakhchāls），利用空气流通和邻近水体的蒸发来降低温度，使冬天可以制冰并在夏天储存。但这种策略也会增加空气的湿度，因此作为降温系统，它通常只在天气炎热干燥时有效；如果湿度上升到一定程度，就会抵消温度下降带来的舒适感。为了解决这个问题，包括哈佛大学cSNAP团队在内的研究小组设计了空调设备，使用疏水性屏障进行蒸发冷却，同时阻挡湿度。作为额外的优势，这些设备完全不使用制冷剂——而制冷剂通常比二氧化碳强效得多。哈佛大学建筑系助理教授、cSNAP项目的主要设计者之一乔纳森·格林汉姆表示：“我们预计能提供比普通空调节能75%的空调。”与此同时，位于佛罗里达州的公司Blue Frontier正在测试一种结合了吸湿材料（在此情况下是液体盐溶液）和蒸发冷却技术的商用空调系统。公司首席执行官丹尼尔·贝茨解释说，这种设计将空气干燥后分成两个相邻的气流。其中一股气流通过重新加入水分和蒸发而被直接冷却，另一股气流则保持干燥，通过流经一块薄铝板被冷却，该铝板从第一个气流中吸收了冷气（但不吸收湿度）。液体盐吸湿材料随后通过热泵系统进行“充电”。为了最大化效率，热泵可以在电网压力最小的夜间运行，吸湿材料则可以储存起来，在一天中最热的时候使用。根据该公司的实地测试，贝茨声称，“我们预计可减少50%至90%的能耗。”然而，Blue Frontier、cSNAP和Transaera目前仍然处于测试阶段，离市场推广还有一定距离。这三个团队预计至少还需要两三年时间才能实现商业化。即便如此，新技术要取代传统空调仍将面临诸多障碍，包括相对较高的制造和安装成本、行业惰性以及政策上更倾向于低成本而非高效设备。即使拥有最先进的技术，效率的提升可能也不足以抵消空调使用预计的激增。沙阿指出，在最佳情况下，根据IEA的预测，由于需求的上升，未来25年全球降温所需的能源将比现在增加50%。仅仅更换所有旧空调为更高效型号并不能解决问题。真正更凉爽的未来，必须依赖于其他被动策略，如通过城市规划和建筑设计，从源头上减少对空调的需求。沙阿和米伦达都指出，将绿化和水体引入城市景观、遮阳窗户、将新建筑设计为利用自然气流、以及对现有建筑进行隔热和反射面板的翻新，使热量能够被反射到太空，这些都是至关重要的。非营利组织ClimateWorks的能源效率专家斯内哈·萨查尔表示：“降温是一个多方面的问题，没有一种策略或一种答案。”我们需要更好的建筑和城市、更好的技术，以及更深刻地认识到空调的真正成本不仅仅是电费。“我们在世界某一部分所做的一切，都会影响到全球的环境。”萨查尔说。
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