气候变化的一大讽刺之处在于，随着地球变暖，人们赖以保持凉爽的技术只会使气候变得更热。研究人员预计，到2050年，地球上的房间空调数量将增加三倍，达到45亿台，至少会像今天的手机一样普及。世界经济论坛计算表明，到本世纪末，空调产生的温室气体排放将导致全球气温上升高达0.5摄氏度。
简而言之，空调迫切需要升级。自1902年年轻的美国工程师威利斯·开利为解决纽约市一家印刷公司的湿度问题而设计出第一台空调以来，空调和冰箱背后的基本制冷技术并没有发生显著变化。毫不夸张地说，空调塑造了我们的现代世界，并将继续对前所未有的气候未来产生深远影响。在经济快速增长且已经面临危险高温和高湿度的国家（如印度、印度尼西亚和巴西），数十亿人很快将购买他们的第一台家用空调。他们是否能够负担得起气候友好型空调——或者长期以来主导市场的重污染型号——仍然悬而未决。
确保新一波客户能够负担得起更高效的空调是全球制冷奖背后的动力。从战略上讲，该奖项的重点不是美国住宅中常见的中央空调系统，也不是窗式空调，而是类似于印度公寓楼中常见的单间空调，比赛将在印度举行。2019年11月，八名决赛入围者被宣布参加这项100万美元的竞赛，旨在设计一种房间空调，其生命周期内的温室气体排放量比标准房间空调少五倍。
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该竞赛于2018年启动，由印度科学技术部（印度科学技术部的一部分）、落基山研究所（RMI）、24个额外国家的联盟以及维珍集团创始人兼首席执行官理查德·布兰森赞助。该奖项旨在加速开发能源消耗大幅减少且使用气候友好型制冷剂的空调。RMI 估计，如果这项技术得到快速部署，到 2050 年，可以防止高达 100 吉吨二氧化碳当量的排放。
获奖设备的成本必须不超过标准房间空调的两倍，并且必须在印度德里公寓楼的酷热中保持人们的凉爽，那里的热指数（一种衡量感觉有多热的指标）可能达到 140 华氏度。在 11 月收到 20 万美元用于改进他们的方案后，八个团队现在正在竞相制造原型，这些原型将于 2020 年秋季运往印度进行测试。
为了理解这一挑战，了解威利斯·开利发明的基本系统——以及我们今天基本上仍在使用的系统——会有所帮助。伊利诺伊大学机械工程师和荣誉退休教授克拉克·布拉德解释说，这被称为蒸气压缩循环。在其最简化的形式中，它由两个金属盘管组成，一个位于要冷却的空间内，另一个位于外部。液体制冷剂在盘管中循环，在不同的压力下交替蒸发和冷凝。当制冷剂蒸发时，它会变冷并冷却房间内的金属盘管。当它到达室外盘管时，制冷剂冷凝，将热量排入空气中，然后开始下一个循环。同时，风扇吹过冷的金属盘管，冷却空气并去除湿度，水像“冰镇啤酒杯上的”水滴一样在盘管上凝结，布拉德说。
今天价值 600 亿美元的空调市场由少数几家大公司主导，长期以来一直专注于降低基于蒸气压缩的空调的成本，而不是减少为其供电所需的能源量。除了提高空调效率外，迫切需要更换大多数空调仍在使用的氢氟碳化合物 (HFC) 制冷剂，尽管全球都在努力逐步淘汰这些化学物质。这些制冷剂作为温室气体，其效力大约是二氧化碳的 1,000–3,000 倍，它们会缓慢泄漏到大气中，并在空调报废时逸出。
布拉德说，尽管经过数十年的寻找，但很少有制冷剂被证明是 HFC 的可行替代品。“我们不希望它们易燃。我们不希望它们有毒。我们希望它们具有一定的沸点。我们不希望它们太粘稠，因为泵送它们会花费更多成本，而且我们不希望它们破坏臭氧层或使地球变暖。当您开始应用所有这些约束时，您就只有少数几种选择。”
创新者面临的困境在于——他们应该将精力集中在寻找气候最友好的制冷剂上，还是应该集中在减少电力使用上？为了实现竞赛减少五倍气候影响的目标，使用标准 HFC 制冷剂的空调必须比基准设备少用 6.4 倍的电力。相比之下，使用对全球变暖零贡献潜力的制冷剂的设备只需要高效四倍即可。
大多数决赛入围者都在这两种方法之间取得平衡，将气候友好型制冷剂与智能控制和太阳能电池板等提高效率的技巧相结合。但其他一些团队则选择了第三种可能性——完全抛弃 HCF。Barocal 是一家由剑桥大学材料科学家 Xavier Moya 创立的初创公司，旨在通过一种由有机晶体制成的新型固体制冷剂来解决制冷剂泄漏问题。Moya 解释说，这种晶体廉价且无毒，在压力下释放和吸收热量，同时体积发生变化。典型的空调压缩机可以轻松产生所需的最低压力——70 巴或大气压——但可能需要更高的压力。空调的效率将取决于团队如何对晶体施加压力。
其他团队则将目光投向了能源方面。正如任何居住在潮湿气候中的人都可以证明的那样，湿热比干热感觉更糟糕，因为人体无法通过蒸发散发大量热量。大多数蒸气压缩系统都采用强力除湿方法，使室内盘管非常冷，以至于当空气吹过冷的金属时，水滴被迫凝结。特别是在潮湿的气候中，这通常意味着空调必须设置为比人们实际想要的温度更低的温度，从而浪费能源。
为了解决这个问题，几个团队正在寻找在空气冷却之前对其进行除湿的方法。例如，麻省理工学院 (MIT) 的初创公司 Transaera 正在与青岛海尔空调器总公司有限公司合作，构建一种设备，该设备使用一种新型高孔隙材料（称为金属有机框架）从空气中去除水分子。材料中的纳米级孔隙就像分子海绵一样，比任何其他已知材料更有效地从空气中去除水滴。该团队计划使用空调压缩机的废热来干燥海绵，使其可以重复使用。如果这种“海绵”可以与现有设备配合使用，并且不需要频繁更换，那么它可能会在竞争中脱颖而出。
然而，时间不在发明者这边。为了防止新型空调产生的全球排放量上升，满足全球变暖潜力降低五倍的获奖标准的新技术必须极其迅速地扩大规模，到 2022 年上市并在 2040 年之前占据近 100% 的年度销售额，RMI 已计算得出。
降低价格的竞争非常激烈，以至于很难取代更便宜的选择，尤其是在印度和巴西等国家，在这些国家，收入的增加意味着许多人很快就能买得起他们的第一台空调。然而，Transaera 的创始人索林·格拉玛表示，在贫困国家，降低空调的运行费用与降低其前期成本同样重要。
格拉玛在新德里生活并为印度奶农研究农村制冷系统时，给他的员工提供了一台房间空调，以便她的女儿可以更舒适地学习。后来，当他查看它是否有帮助时，这位女士告诉他她一直没有使用它，因为她负担不起运行费用。
格拉玛希望全球制冷奖将有助于使印度的政策与技术创新保持一致，为效率和成本设定新标准。与许多其他热带国家一样，印度迫切需要保持人口凉爽——2017 年《科学进展》杂志上的一项研究发现，在高排放情景下，到 2100 年，印度四分之三的人口将面临危及生命的酷热和潮湿。世界经济论坛称，要求空调符合全球制冷奖标准的法规将为印度节省 3800 亿美元的空调成本，并实现该国约 40% 的减排目标。
世界卫生组织估计，到 2050 年，全球极端热浪每年可能导致超过 255,000 人死亡。新型空调不足以避免这些死亡——还需要其他措施，例如使用比玻璃和混凝土更好的绝缘材料进行建造。如果历史可以作为借鉴，那么改变我们保持凉爽方式的最快途径将是创新、竞争和监管的结合。速度至关重要，因为全球制冷竞赛的赌注不仅是舒适，更是生存。
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