古人是如何制冷的？這種空調更節能！

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

(資料圖片僅供參考)

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

空調扇、戶外噴霧系統與自雨亭

一、什么是蒸發冷卻？

蒸發冷卻是一種通過水的蒸發來冷卻空氣的過程，即水會吸收空氣的熱量而蒸發從而冷卻空氣。

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

因此，在高溫干燥環境下，采用蒸發冷卻空調扇來冷卻空氣比采用空調器要少消耗很多的電能，從而具有很好的節能效果。

但是空氣中能夠容納的水分含量是有限的（到達極限后再增加水分就會以液態水的形式從空氣中流出），因此，蒸發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、原來古人就用過蒸發冷卻制冷

數千年前，古埃及和波斯以屋頂風井“捕風器”的形式使用了蒸發冷卻空調。“捕風器”設置在逆風處，空氣沿風井向下流動進入樓內的噴泉處，然后把冷卻的空氣送入室內。

中東地區帶有擋風板的“捕風器”以及室內噴泉（公元前2世紀的壁畫）

在中國古代也有蒸發冷卻空調的記錄，漢朝發明家丁緩發明了七輪扇，“七輪扇連七輪，大皆徑丈（《西京雜記》卷一）”，后世用水力驅動它、并將水流引入到空氣流動的位置，不僅提供了動力、還利用蒸發冷卻降低空氣溫度，讓人們感覺“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，有詩云“琥珀盞紅疑漏雨，水晶簾瑩更通風（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。

預估含涼殿原理 圓明園四十景水木明瑟

在古代，利用蒸發冷卻原理避暑納涼、清涼一夏往往是達官貴人才能享受到的服務，而今，隨著社會的發展，用電驅動制冷的空調器、多聯機已經“飛入尋常百姓”家庭，然而，蒸發冷卻這種方式仍然有著不可替代的作用。

蒸發冷卻從之前非常簡單的一種通風降溫方式，轉變為一種利用干空氣等可再生能源的節能、綠色的技術，將有效推動“碳達峰、碳中和”的實現。

三、綠色節能的蒸發冷卻技術

在西部干旱或半干旱地區，很多工業建筑使用蒸發冷卻降溫空氣系統完全可以替代機械制冷空調系統，而在濕潤和半濕潤地區，也可以利用露點蒸發冷卻實現制冷，從而改善車間的工作環境。

在大數據時代，通信機房和數據中心全年不間斷運行，能耗持續增加，而在冬季或過渡季節利用蒸發冷卻技術，結合夏季間接蒸發冷卻預冷，可大幅降低全年運行能耗。

蒸發冷卻也在家用空調有著不可替代的作用，除了前面提到的空調扇外，蒸發冷卻也可以和新型家用空調技術結合。

在2021年舉辦的全球制冷技術創新大獎賽中，中國團隊提出了“集成蒸發冷卻和太陽能光伏的先進蒸氣壓縮制冷技術”的空調器方案，將蒸發冷卻、太陽能光伏和高效制冷系統有機結合，實現了空調器的高效節能和室內溫濕度的精確控制，從2100多支團隊中脫穎而出獲得冠軍。

該技術應用蒸發冷卻將干燥的空氣作為室內環境的調控手段，結合氣候適應的通風控制技術，實現了通風、降溫、除濕功能，開辟了空調技術發展新方向。

將蒸發冷卻這種有數千年應用歷史的技術與新型技術相結合，挖掘蒸發冷卻的應用價值和節能潛力，從而能為全球節能減排、低碳轉型貢獻更多智慧、方案和力量，為綠色發展注入強大動能。

全球制冷技術創新大獎賽頒獎儀式

參考文獻：

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

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

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作者：楊子旭，清華大學建筑技術科學系博士后

供稿：北京制冷學會（部分插圖來源于網絡）

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