【从大自然中学习】空调与冰箱

今年夏天感觉比往年更热，也更漫长。天气过于炎热潮湿，如果没有空调的话，不仅日常生活不便，就连入睡都格外困难。但如今，空调、冰箱这类电子产品已成为我们生活中不可或缺的家用电器。

朝鲜半岛的春夏秋冬自古以来循环往复，那么我们的祖先又是如何熬过夏天的呢？回首过去，以前的夏天，人们会摇着蒲扇，在盥洗台接水泡脚，或是抱着竹枕入眠。

冰箱的历史

全球各地对空调、冰箱这类制冷设备的渴望，早在很久以前就已存在。公元前400年左右，古埃及人发明了一种制冷装置，他们让奴隶对着盛水的陶罐扇风，加速水分蒸发，从而产生凉意。据说罗马时代的上层阶级会在住宅中铺设输水管道，引入冷水来降低室内温度。而在古波斯，人们建造了一种名为“雅兹查尔”的建筑，最大化利用蒸发冷却效应，用于夏季储存冰块。

在韩国，有一处被指定为第66号宝物的“石冰库”。它是一种利用冰融化产生的水分蒸发来制冷的石造仓库，原理是冬季储存冰块，夏季借助冰块融化时释放的熔解热以及水分蒸发时吸收的汽化热，维持内部低温。不仅如此，石冰库采用半地下结构、厚重屋顶、烟囱（通风口）和排水系统等精密的科学设计，能够阻挡外部热量流入，同时保存内部冷气。

两种制冷原理

很久以前人们使用的制冷方法可分为两种。第一种是“热平衡”原理，冬季储存冰块以备夏季使用，或将冷水通过管道引入，这样的话，冰块或冷水吸收热量升温，与之接触的物体便会降温，变冷。

第二种是“蒸发冷却”原理，夏天往皮肤上浇水会感到凉爽，原因是水分在皮肤表面汽化（液体→气体）时，会吸收周围的热量。“蒸发冷却”最具代表性的例子就是人和动物的身体。

当外界温度升高（如夏季）或剧烈运动导致体温上升时，我们的身体会自然出汗。随着皮肤上的汗液蒸发带走热量，从而降低体温，这是人体自带的降温机制。

古埃及就曾利用蒸发冷却原理，通过陶罐制冷。即便在现代，一些无法使用电力的偏远地区，人们仍会用“陶罐冰箱”保鲜食物。人们将小陶罐放入大陶罐中，两者之间填充湿润的泥土，在小陶罐里放入蔬菜或水果，再用湿布封口。湿润泥土中的水分蒸发时，会吸收小陶罐内的热量，从而降低温度，实现食物保鲜。

空调与冰箱

如今的空调和冰箱，是在基本的蒸发冷却原理上，结合多项技术研发而成。1758年，本杰明·富兰克林和约翰·哈德森进行了最大化蒸发冷却效果的实验。两人首先利用酒精的物态变化开展制冷实验，就像人们会在伤口上涂抹液态酒精，酒精吸收伤口热量汽化挥发，从而维持伤口低温。受此启发，他们改用挥发性更强的乙醚（而非水）进行实验，以实现物体温度的急剧下降。他们持续在水银温度计周围涂抹乙醚，同时用扇子扇风加速乙醚蒸发，结果温度计的水银柱不断下降，即便环境温度为18℃，温度计也降至-14℃，甚至出现了结冰现象。

1902年，威利斯·开利首次研发出电动式空调。它基于蒸发冷却原理，通过压缩和膨胀制冷剂的过程，人为利用蒸发热量实现制冷。空调通过“压缩机”、“冷凝器”、“膨胀阀”、“蒸发器”等机械装置，高效控制制冷剂的状态变化，从而去除热量。

自然界中神奇的冷却系统

无论是人、动物，还是汽车、飞机等移动物体，若无法有效散热，就难以发挥正常性能。人体拥有神奇的冷却系统。人的体温升高时，会通过排汗散热，汗液蒸发带走热量，维持体温稳定。祖先们从自然中汲取智慧，创造了石冰库这样的制冷系统；到了近代，人们在蒸发冷却原理的基础上，加入压缩机、冷凝器、蒸发器等机械装置和电力系统，最终发明了如今的空调和冰箱。使我们能凉爽度过夏天的冰水与空调风，其实都是来自自然的馈赠。