Современная жизнь немыслима без кондиционирования воздуха, как промышленного, так и бытового. Возможности контролировать температуру воздуха в помещении по своему усмотрению мы обязаны молодому инженеру Уиллису Керреру из компании Buffalo Forge, который даже не думал о нуждах людей. Он всего лишь хотел разработать систему контроля влажности для нью-йоркской типографии Sackett & Wilhelms, которая испытывала огромные трудности в связи с колебаниями доли водяного пара в воздухе при печати. Малейшее изменение влажности приводило к сдвигам бумаги в станке, а ведь даже малейшее отклонение приводит к огромным искажениям.
Керриер придумал технологию, при которой воздух пропускается над змеевиком, охлаждаемым сжатым аммиаком, и сохраняет стабильную влажность в 55%. Изобретение пришлось кстати всем промышленниками, кто испытывал похожие проблемы: от производителей муки до компании Gillette, лезвия которой часто ржавели. Первые промышленные потребители кондиционеров не задумывались об удобстве рабочих, оно стало побочным продуктом производственной необходимости.
О возможности использовать кондиционеры в набитых людьми помещениях задумался сам Керриер — впервые он предложил их театрам, где традиционно не было окон, а залы освещались газовыми фонарями. Поэтому на лето они закрывались. Именно с этим фактом многие связывают традиционное закрытие театрального сезона летом.
Но с теми же кондиционерами связывают зарождение голливудской традиции выпускать в прокат блокбастеры именно летом. Установленные в кинотеатрах города Хьюстон в Техасе кондиционеры увеличили поток людей в десятки раз. В период с 1922 по 1930 по всей Америке были кондиционированы более 300 кинотеатров — компанией Carrier Engineering, созданной Керриером и его друзьями в 1915 года. Она также поставляла кондиционеры в крупные универмаги, прообразы сегодняшних торговых центров.
Не умаляя заслуги Кериера, интересно отметить, что он был не первым инженером, разработавшим технологию охлаждения воздуха в помещении. Еще за несколько сот лет до его изобретения появились первые прототипы.
До электрического кондиционера
В конце 1840-х годов врач из Флориды Джон Горри считал, что высокая температура является причиной многих заболеваний. Он хотел быстро и экономически эффективно охлаждать больничные палаты, чтобы сделать пребывание пациентов более комфортным — охлаждал палаты при помощи таза со льдом, подвешенного к потолку. Тяжелый холодный воздух направлялся в нижнюю часть комнаты, к пациенту, а затем уходил через отверстие возле пола.
Затем он придумал компрессор, работающий на гужевой тяге, воздухе, воде или паре. Эта технология была первой в области механизированного искусственного охлаждения палат. Горри получил патент на свою ледяную машину в 1851 году.
Кстати, лед активно использовали в театрах, пока до них не дошло изобретение Керриера. Так, летом 1880 года нью-йоркский театр «Мэдисон-Сквер» расходовал по четыре тонны льда ежедневно: трехметровый вентилятор прогонял воздух через лед, и по трубам он поступал в зрительный зал. К сожалению, наряду с прохладой нагонял он и влажность. А по мере загрязнения озер Новой Англии, тающий лед нередко еще и дурно пах.
Среди других исследователей стоит отметить руководителя текстильного производства Стюарта Крамера, который искал способы контроля температуры и влажности воздуха на хлопковых фабриках Северной Каролины. Он первым использовал термин «кондиционирование воздуха» в 1906 году, под которым подразумевалось не только охлаждение, но и увлажнение, очистка и отопление. Свою технологию — увлажняющий и кондиционирующий аппарат — он запатентовал в 1907 году. Кстати, терминологию Крамера, саму, по сути, являющуюся интеллектуальной собственностью, Керриер использовал для описания своих изобретений.
Если углубится еще дальше, то можно найти энтузиастов, которые разрабатывали охлаждающие технологии, использующие законы физики и химии.
В 1748 году профессор Университета Глазго, Уиллиам Каллен, испарял жидкости в вакууме, создав технологию рефрижирирования. В 1620 году Корнелис Дреббель продемонстрировал Якову I Английскому «превращение лета в зиму», охладив часть Большого зала Вестминстерского аббатства с помощью аппарата из корыт и чанов. В 1558 году Джамбаттиста делла Порта описал метод охлаждения льда до температуры намного ниже точки замерзания путем смешивания его с нитратом калия (тогда называвшимся «селитрой») в своей научно-популярной книге «Естественная магия».
Примечательно, что технология использования льда восходит еще к Римской империи: эксцентричный римский император Гелиогабал отправлял рабов за снегом в горы. Они сооружали из него в императорском саду сугробы, и ветер нес прохладный воздух в помещения.
Но особого внимания достойны технологии пассивного охлаждения, существовавшие еще в Древнем Египте, и, как ни парадоксально, получающие сегодня все большее внимание в связи с проблемой перегрева воздуха городов из-за огромного количества промышленных и бытовых электрических кондиционеров.
Пассивные системы охлаждения
Под пассивной системой охлаждения (ПСО) понимается прежде всего особый подход к дизайну жилища, фокусирующийся на рассеивании тепла и поддержании комфортной температуры, при минимальных энергетических затратах. Они осуществляются либо при помощи предотвращения попадания тепла внутрь помещения, либо при отводе его оттуда.
Естественное охлаждение — как один из видов ПСО — используют энергию окружающей среды в сочетании с архитектурным дизайном и свойствами строительных материалов, а не механические системы. Естественное охлаждение, таким образом, опирается на природные ресурсы территории и климат региона.
Один из примеров пассивных систем охлаждения — персидские бадгиры. Бадгир представляет из себя башню (ее часто называют «ловцом ветра», проходящую через всё здание от самых нижних помещений и возвышающуюся высоко над крышей. Внутренняя часть бадгира разделена двумя перпендикулярными и параллельными стенками. Ветер попадает в верхние отверстия, которые идут внутрь здания. Под его напором с наветренной стороны поток опускается в комнаты и вытесняет нагретый в этих помещениях воздух. Появляется постоянная естественная циркуляция воздуха, и она помогает создать более комфортные условия даже в условиях знойной пустыни.
Средиземноморская империя, славившаяся своими изобретениями, использовала акведуки (хотя, считается, что они были изобретены на Ближнем Востоке за сто лет до римлян), направляющими воду в различные части города, в том числе в дома состоятельных граждан. Существуют свидетельства систем, использующих для охлаждения воду, которая циркулировала внутри стен и тем самым остужала воздух.
Египтяне применяли различные архитектурные технологии для пассивного охлаждения в своих домах — например, малкаф (близнец персидского бадгира), тактабуш (внутренний дворик с растениями, дающими тень) и другие.
Эти технологии сегодня бы назывались биоклиматическими домами — современный тренд в архитектуре, создающий привлекательные с эстетической точки зрения здания, приспособленные к изменению климата на протяжении дня, сезона или целого года. Биоклиматический дом учитывает особенности климата региона и призван обеспечить комфортные условия в сочетании с минимальным потреблением энергии. «Умные» технологии позволяют регулировать поступление в помещение воздуха, света; в конструкции используются специальные материалы для удержания или наоборот, избавления от тепла/холода.
Новое — хорошо забытое старое
В одном из городских комьюнити Нового Каира жители устанавливают механические охлаждающие системы, чтобы избежать проблемы перегрева и чрезмерного потребления электричества. Несмотря на то, что это дороже обычных кондиционеров, резиденты предпочитают более экологичные способы охлаждения. Они включают в себя использование термической проводимости стен и устройства для наведения тени —т.е. те же технологии, которые использовали римляне и египтяне.
Дабы избежать использования хладагентов, которые, порой, чрезвычайно вредны для окружающей среды, итальянские ученые из Туринского университета разрабатывают и тестируют альтернативную систему, основанную на механизме испарения жидкости, где используются вода и поваренная соль. В этой схеме постоянный поток водяного пара передается от одного конца мембраны к другому, в результате чего температура воды с солью снижается, благодаря чему постепенно охлаждается окружающее пространство. Правда, исследователям еще предстоит разобраться, как снизить температуру самого водяного пара. Пока устройство охлаждает лишь небольшие помещения, но в будущем ученые надеются повысить эффективность системы.
Самое примечательное, что это очень сильно напоминает простейшие системы, которые использовались в том же Древнем Египте — смоченные в соленой воде циновки вывешивались у входа в помещение, чтобы остужать проникающий в него поток воздуха.
Впрочем, высокие технологии также активно рассматриваются учеными для решения проблем энергоэффективного охлаждения. Исследователи из МТИ и Чилийского университета разработали систему, которая позволяет снижать температуру поверхности предмета, находящегося на открытом солнечном свете, на 13?С. Устройство не использует электричество, в нем нет подвижных частей, и оно работает за счет процесса радиационного снижения температуры. Он блокирует солнечный свет и в то же время активно излучает в инфракрасном диапазоне, выпуская тепло в воздух, тем самым остужая устройство до температуры ниже температуры окружающей среды.
Послесловие
Как отмечают некоторые комментаторы, вплоть до ХХ века мысль о том, что человек должен бороться с жарой, и тем более с помощью машины, т.е. управлять погодой, считалась греховной. Внедрение кондиционеров требовало не только изобретательности, но и избавления от гипотетической моральной вины перед Всевышним. Впрочем, преодолев ее, человек, стал испытывать вину перед планетой, атмосфера которой нагревается, в том числе и в силу использования огромного количества кондиционеров. Хочется надеяться, что новые разработки ученых, берущих на вооружение новые технологии и опыт предков, привнесут больше гармонии и комфорта в нашу повседневную жизнь.
Полезное от Онлайн Патент:
→ Как стартапу защитить свою интеллектуальную собственность?
→ Как IT-компаниям сохранить нулевой НДС и попасть в Реестр отечественного ПО
