地球温度越来越高，人类需要制冷新技术

编者按：空调占了全球耗电量的10%，地球温度越来越高，怎么办？开发更先进的制冷技术啊！说易行难。幸好，许多公司正在努力，让我们来了解一下最新的制冷技术吧！

警报：地球温度正在上升！所以人类需要更先进的降温技术。

国际能源机构（International Energy Agency）2018年发布报告称，2050年之前，空间降温消耗的能量将会增加2倍还要多。空调消耗的电力占了全球电力消耗的10%。空调内部有氢氟碳化合物制冷剂，它会变成比二氧化碳更强的温室气体。

密歇根大学环境项目主管、环境工程师Shelie Miller说：“这是一个恶性循环圈。地球越来越热，我们打开空调，消耗更多能量。消耗的能量越多，释放的温室气体也越多，结果导致地球更热。” 

如何解决这一问题？科学家工程师正在努力，想开发更复杂、更节能的降温技术。

Miller说：“改进HVAC（采暖、通风及空调系统）技术可以提高降温效率，还可以转用可再生能源，这样能减少温室气体排放量。看看人类历史，曾经我们用创新方法给大楼降温，没有使用能耗极高的空调。”

说到空调这个概念，可以追溯到几个世纪以前。古波斯工程师开发出“badgirs”，它的理念就是将冷风吸进房间，还有“yakhchāls”，它可以制冰，相当于沙漠地区最早的冰箱。

1820年，Michael Faraday发现将氨压缩液化然后再释放，可以给空气降温。1902年，工程师Willis Carrier为纽约Sackett & Wilhelms Lithographing and Printing Company公司设计一种装置，他让循环空气穿过线圈，用氨制冷，这样一来完成彩色打印任务时就可以控制湿度。最终，他的设计变成了世界第一台电力空调，1925年装进时代广场Rivoli剧院，即使是夏天，观众也可以在这里看大片。

当空调进入消费市场时，最开始是奢侈品，但它很实用，在温暖的环境下可以去湿，可以降温，很快成为必需品。如果空调没有普及，不会有那么多人移居到美国阳光地带（南部地区），香港新加坡也不会发展得那么好。

保鲜、存储药物和疫苗、给数据中心降温，这些都离不开制冷技术。对于健康、护理、生产来说，制冷也有着举足轻重的地位。今天，研究人员和创业公司正在努力，想把更节能的能源变成凉气。

德国Saarland大学开发出一种形状记忆金属，这样一来就不需要冰箱了。拉扯镍钛金属丝金属板或者使之变形，可以给合金施加压力，让它的温度上升。当材料回归原始形状，湿度会降到约20度，低于环境湿度。

Saarland大学教授Stefan Seelecke解释说：“我们的基本理念就是让空间热量散去（比如冰箱内的热量），让预加应力、弹性超强的形状记忆金属舒展开来，然后降温。”

研究团队开发出一套凸轮传动原型系统，它把形状记忆线缆捆绑在一起，变成可以旋转的装置，增强降温能力。装置可以用作热泵、空调、冰箱，不需要污染环境的制冷剂。自2016年以来，德国研究基金会（German Research Foundation）一直在资助该项目，欧洲委员会、美国能源部认为这种技术很有前途，也许可以取代蒸汽压缩冷却系统。

Blue Frontier公司认为，想开发更高效的制冷系统，关键在于可再生能源。2013年，Blue Frontier在佛罗里达成立，它开发的空调用天然气燃料电池生成电力。后来Blue Frontier CEO发现这个市场太小，只有那些装有天然气的大楼才能用，而且燃料电池太贵了，很难普及。

随后，Blue Frontier与美国国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)合作，重新设计系统。最终它们为空调装备热化学氯化锂储能装置，能量存入高浓度盐溶液，使用时再释放。

Betts说：“从早上开始，太阳能越来越强，下午没多久就会渐渐减弱。到了下午晚些时候，大楼电力负载将会达到高峰，所以在电力的生成与消耗上不匹配。”如果装上Blue Frontier空调，就可以存储降温能量，当太阳能处于高峰时存储电能。Betts还说：“有了我们的技术，当电网没有那么拥挤，可再生能源在电力中占据较大比重时，才会消耗电力，完全可以这样做。”

加州公司SkyCool Systems的想法不太一样，它向夜空求助。2016年SkyCool Systems成立，之后融资99万美元。

SkyCool Systems联合创始人Aaswath Raman说：“抬头看看天空，它会以热辐射的形式散热。热量通过热辐射散向天空，当中有一部分还会逃往太空。正因如此，任何面向夜空的表面温度会自然下降，降到空气温度之下。”

想在白天模拟这种效果是一件很难的事。Raman说：“太阳会加热，不论什么材料，温度都会上升，所以会抵消降温效果。我们需要一种高反射、可以持续散出热量的材料。如果将二者结合，即使是白天也能降温。这种技术很有吸引力，因为最需要降温的往往是中午，所以这种免费的被动冷却技术很实用。”

SkyCool Systems 开发出银板，看起来像太阳能面板，但是银板上面覆盖了光学薄膜，可以将热量变成中等波长的红外线，这些光线穿过大气，进入太空，同时银板又能反射太阳光。SkyCool Systems 已经将银板装在5个地方，有办公大楼，有便利店，银板还可以与现有冷却系统整合，比如冰箱、冰机和空调。

工程师、公司联合创始人Eli Goldstein说，SkyCool Systems面板有3个优点，一是节能，二是可以减少需求，三是增强冷却能力，节能、减少需求的比例可以达到10-30%。

不只如此，SkyCool Systems不需要能源、水，这也是一个了不起的优点。Goldstein说：“实际上它的制冷形式是被动的，所以不需要水。冷却时没有必要蒸发水分，所以SkyCool Systems是一套可持续系统，更环保。”

真的这么完美吗？新制冷技术也有自己的挑战。市场需求很大，SkyCool Systems产能有限，无法跟上需求；至于Blue Frontier，它虽然已经制作出各种原型产品，但是还没有大规模量产，还要继续在现场测试。

到目前为止，新制冷技术都还没有大规模普及，但这些创新技术为未来铺平了道路。Blue Frontier准备向“空调即服务”（ air conditioner as a service）模式转型，SkyCool想用银板取代空调。

Goldstein说：“在我们的日常生活中，制冷是一种很重要的技术。我们要携手合作，开发更高效的制冷系统，让它们以可持续方式运行。”

译者：小兵手

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