刚刚过去的七月是人类历史上有记录以来最热的月份。热浪打破了全球各地的温度记录，甚至在南半球的冬季给智利和阿根廷带来了夏季般的温度。这不仅仅是令人不适的闷热问题。极端高温是所有天气事件中最致命的；仅在美国，每年因高温丧生的人数就超过了洪水、龙卷风和飓风的总和。随着气候变化日益恶化，获得人工降温空间正迅速成为一种健康必需品，以及一项基本人权问题。
然而，标准空调系统已将我们困在一个负反馈循环中：天气越热，人们越频繁地开启空调，结果导致能源消耗越多（温室气体排放也越多）。牛津大学研究可持续制冷的工程师妮可·米兰达表示：“我们正处于一个恶性循环之中，而且这不仅是一个恶性循环，还是一个加速的循环。”国际能源署（IEA）2018年的数据显示，制冷是建筑物中能源使用量增长最快的单一来源。根据一切照旧的情景预测，国际能源署预计，到2050年，全球制冷领域的年度能源需求将增加两倍以上。这将增加4000多太瓦时，大约相当于整个美国一年的能源消耗量。
越来越明显的是，人类无法依靠我们使用近一个世纪的相同空调技术来摆脱气候变化。打破这个循环需要新的创新，以帮助更多人用更小的环境影响获得凉爽的空气。
当前空调系统的一个众所周知的问题是它们对制冷剂化学物质的依赖，其中许多化学物质是强效温室气体。一些项目旨在用危害较小的冷却剂取代这些物质，但即使他们这样做了，制冷剂也仅占空调气候影响的一小部分。劳伦斯伯克利国家实验室全球制冷效率项目主任尼哈尔·沙阿表示，目前，标准空调装置约80%的气候变暖排放来自为其供电所消耗的能源。沙阿解释说，最近的许多工作都集中在提高压缩机和热交换器的能源效率上，这些都是标准空调设计的组成部分。然而，更具雄心的项目旨在首先减少这些组件必须完成的工作量。
沙阿说，标准空调系统通过一种相对低效的机制同时制冷和除湿：为了将空气中的水冷凝出来，它们会将空气过度冷却到超出舒适点的温度。因此，许多新设计将除湿和制冷过程分开，从而避免了过度冷却的需要。
例如，一些较新的空调设计使用干燥剂材料（类似于您在牛肉干袋或药瓶中可能找到的硅胶包）从空气中吸取水分。然后可以将干燥的空气冷却到更合理的温度。这个过程可能需要一些额外的能量，因为干燥剂需要使用热量“充电”。但是，包括位于马萨诸塞州萨默维尔的初创公司Transaera在内的一些公司，会回收制冷过程产生的热量来为干燥剂充电。Transaera 声称，其正在开发的系统可以比普通标准空调装置减少 35% 的能源消耗。
当除湿与蒸发冷却相结合时，可以实现更大的效率提升，这完全消除了称为蒸汽压缩的能源密集型过程。蒸汽压缩是标准空调工作所采用的系统，它使制冷剂在循环中移动，在循环中，制冷剂不断地被冷凝和膨胀，使其能够从内部吸收热量并将热量释放到外部。相反，蒸发冷却是更简单的过程。它与我们出汗使皮肤降温的过程相同：当水从液体变成气体时，它会吸收热量。简易的“湿帘式冷却器”（swamp cooler），即风扇对着冰块吹风的装置，工作原理相同。在干燥的气候中，人们使用蒸发冷却已有数千年历史。例如，在古代伊朗，人们建造了yakhchāl——大型圆锥形粘土结构，带有太阳能烟囱——利用空气流通和附近水的蒸发来降低温度，使其能够在冬天制冰并在整个夏天储存起来。
但这种策略也会增加空气的湿度，因此作为一种冷却系统，它往往只在天气炎热干燥时才有效；如果湿度超过一定程度，它就会抵消降低温度带来的舒适感提升。为了解决这个问题，包括哈佛大学 cSNAP 团队在内的研究小组设计了空调设备，该设备使用疏水屏障进行蒸发冷却，同时阻止湿度。额外的好处是，完全不涉及制冷剂——制冷剂通常是温室气体，其效力是二氧化碳的许多倍。“我们期望提供能效提高 75% 的空调，”哈佛大学建筑学助理教授、cSNAP 的首席设计师之一乔纳森·格林汉姆说。
与此同时，总部位于佛罗里达州的公司 Blue Frontier 正在试用一种商用空调系统，该系统基于干燥剂（在本例中为液态盐溶液）和蒸发冷却。该公司首席执行官丹尼尔·贝茨解释说，这种设计可以干燥空气，然后将其分成两个相邻的气流。其中一股气流通过重新引入水分和蒸发而直接冷却。另一股气流保持干燥，并通过流经薄铝壁来冷却，薄铝壁从第一股气流中吸收冷空气——但不吸收湿度。然后，液态盐干燥剂通过热泵系统运行以进行充电。为了最大限度地提高效率，热泵可以在夜间电网压力最小时运行，然后可以将干燥剂储存起来，以在一天中最热的时候使用。贝茨声称，根据该公司的现场试验，“我们预计能源消耗将减少 50% 到 90%”。
但 Blue Frontier、cSNAP 和 Transaera 尚未从测试阶段走向市场。所有三个团队都预测，他们至少还需要几年时间才能实现商业发布。即使到那时，也会有一些障碍可能会阻止新系统取代传统空调。这些障碍包括相对较高的制造成本和安装成本、行业惯性以及激励廉价系统而非高效系统的政策。
沙阿说，即使采用一些最好的技术，仅靠效率提升可能也不足以抵消普遍预期的空调使用量激增。根据最佳情况模型，国际能源署预测，由于需求上升，未来 25 年全球制冷所需的能源将比现在增加 50%。仅仅用更好的型号更换每台现有空调并不能解决问题。相反，真正凉爽的未来将不得不采用其他被动策略，这些策略依赖于城市规划和建筑设计，以最大限度地减少对制冷的需求。沙阿和米兰达都表示，将绿化和水体引入城市景观、遮蔽窗户、定位新建筑物以利用自然气流以及对建筑物进行改造，使其具有更好的隔热性和可以将热量发送到太空的反射面板，这些都至关重要。
非营利组织 ClimateWorks 的能源效率专家斯内哈·萨查尔说：“制冷是一项多方面挑战。没有一种策略或一种答案可以解决所有问题。”我们需要更好的建筑物和城市、更好的技术以及更好的认识，即空调的真正成本不仅仅是电费。“我们在世界一个地方所做的事情会影响整个全球环境，”萨查尔说。