夏天來(lái)了，又到了吃燒烤、喝啤酒的季節(jié)，我們經(jīng)常看到在路邊攤上吹著空調(diào)、喝著啤酒、大快朵頤的食客。

(資料圖片僅供參考)

不知道你有沒(méi)有觀察過(guò)，這種吹出涼風(fēng)的空調(diào)扇可不是我們辦公室或家里安裝的那種空調(diào)器，這種空調(diào)扇和戶外噴霧降溫，甚至和古代的“自雨亭”“含涼殿”有著相同的原理，它們利用的其實(shí)是蒸發(fā)冷卻。

空調(diào)扇、戶外噴霧系統(tǒng)與自雨亭

一、什么是蒸發(fā)冷卻？

蒸發(fā)冷卻是一種通過(guò)水的蒸發(fā)來(lái)冷卻空氣的過(guò)程，即水會(huì)吸收空氣的熱量而蒸發(fā)從而冷卻空氣。

空氣越干燥，其容納水分的能力越強(qiáng)，用水噴淋空氣時(shí)，空氣溫度的降低程度越大，如果采用溫度更低的自來(lái)水或井水，其空氣的降溫效果更佳。

因此，在高溫干燥環(huán)境下，采用蒸發(fā)冷卻空調(diào)扇來(lái)冷卻空氣比采用空調(diào)器要少消耗很多的電能，從而具有很好的節(jié)能效果。

但是空氣中能夠容納的水分含量是有限的（到達(dá)極限后再增加水分就會(huì)以液態(tài)水的形式從空氣中流出），因此，蒸發(fā)冷卻能夠制取的低溫空氣溫度受到這一特性的限制，不可能制取很低溫度的空氣。

二、原來(lái)古人就用過(guò)蒸發(fā)冷卻制冷

數(shù)千年前，古埃及和波斯以屋頂風(fēng)井“捕風(fēng)器”的形式使用了蒸發(fā)冷卻空調(diào)?！安讹L(fēng)器”設(shè)置在逆風(fēng)處，空氣沿風(fēng)井向下流動(dòng)進(jìn)入樓內(nèi)的噴泉處，然后把冷卻的空氣送入室內(nèi)。

中東地區(qū)帶有擋風(fēng)板的“捕風(fēng)器”以及室內(nèi)噴泉（公元前2世紀(jì)的壁畫）

在中國(guó)古代也有蒸發(fā)冷卻空調(diào)的記錄，漢朝發(fā)明家丁緩發(fā)明了七輪扇，“七輪扇連七輪，大皆徑丈（《西京雜記》卷一）”，后世用水力驅(qū)動(dòng)它、并將水流引入到空氣流動(dòng)的位置，不僅提供了動(dòng)力、還利用蒸發(fā)冷卻降低空氣溫度，讓人們感覺(jué)“泠泠瑟瑟，非絲非竹，天籟遙聞（乾隆《圓明園四十景圖詠》）”。

類似的還有自雨亭、含涼殿，有詩(shī)云“琥珀盞紅疑漏雨，水晶簾瑩更通風(fēng)（劉禹錫《劉駙馬水亭避暑》）”，將冷水輸送到頂部，然后從房檐四周流下形成水簾，起到避暑降溫的效果。

預(yù)估含涼殿原理 圓明園四十景水木明瑟

在古代，利用蒸發(fā)冷卻原理避暑納涼、清涼一夏往往是達(dá)官貴人才能享受到的服務(wù)，而今，隨著社會(huì)的發(fā)展，用電驅(qū)動(dòng)制冷的空調(diào)器、多聯(lián)機(jī)已經(jīng)“飛入尋常百姓”家庭，然而，蒸發(fā)冷卻這種方式仍然有著不可替代的作用。

蒸發(fā)冷卻從之前非常簡(jiǎn)單的一種通風(fēng)降溫方式，轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N利用干空氣等可再生能源的節(jié)能、綠色的技術(shù)，將有效推動(dòng)“碳達(dá)峰、碳中和”的實(shí)現(xiàn)。

三、綠色節(jié)能的蒸發(fā)冷卻技術(shù)

在西部干旱或半干旱地區(qū)，很多工業(yè)建筑使用蒸發(fā)冷卻降溫空氣系統(tǒng)完全可以替代機(jī)械制冷空調(diào)系統(tǒng)，而在濕潤(rùn)和半濕潤(rùn)地區(qū)，也可以利用露點(diǎn)蒸發(fā)冷卻實(shí)現(xiàn)制冷，從而改善車間的工作環(huán)境。

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，通信機(jī)房和數(shù)據(jù)中心全年不間斷運(yùn)行，能耗持續(xù)增加，而在冬季或過(guò)渡季節(jié)利用蒸發(fā)冷卻技術(shù)，結(jié)合夏季間接蒸發(fā)冷卻預(yù)冷，可大幅降低全年運(yùn)行能耗。

蒸發(fā)冷卻也在家用空調(diào)有著不可替代的作用，除了前面提到的空調(diào)扇外，蒸發(fā)冷卻也可以和新型家用空調(diào)技術(shù)結(jié)合。

在2021年舉辦的全球制冷技術(shù)創(chuàng)新大獎(jiǎng)賽中，中國(guó)團(tuán)隊(duì)提出了“集成蒸發(fā)冷卻和太陽(yáng)能光伏的先進(jìn)蒸氣壓縮制冷技術(shù)”的空調(diào)器方案，將蒸發(fā)冷卻、太陽(yáng)能光伏和高效制冷系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)器的高效節(jié)能和室內(nèi)溫濕度的精確控制，從2100多支團(tuán)隊(duì)中脫穎而出獲得冠軍。

該技術(shù)應(yīng)用蒸發(fā)冷卻將干燥的空氣作為室內(nèi)環(huán)境的調(diào)控手段，結(jié)合氣候適應(yīng)的通風(fēng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)、降溫、除濕功能，開辟了空調(diào)技術(shù)發(fā)展新方向。

將蒸發(fā)冷卻這種有數(shù)千年應(yīng)用歷史的技術(shù)與新型技術(shù)相結(jié)合，挖掘蒸發(fā)冷卻的應(yīng)用價(jià)值和節(jié)能潛力，從而能為全球節(jié)能減排、低碳轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)更多智慧、方案和力量，為綠色發(fā)展注入強(qiáng)大動(dòng)能。

全球制冷技術(shù)創(chuàng)新大獎(jiǎng)賽頒獎(jiǎng)儀式

參考文獻(xiàn)：

[1] Kheirabadi, Masoud (1991).Iranian cities: formation and development. Austin, TX: University of Texas Press.

[2] 徐愛(ài)清.古人避暑有何訣竅[J]. 科學(xué)大觀園, 2022,No.645(13):72-75.

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作者：楊子旭，清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系博士后

供稿：北京制冷學(xué)會(huì)（部分插圖來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

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