天气有所降温，但还是继续来看凉快的东西。

作为被动降温领域的另一个重要的冷量来源，水蒸发制冷自然也被人们研究出了很多花样。上一篇文章聊了通风冷却的事情，所以这一次就来聊水蒸发制冷，以及这两者是如何结合在一起的。

这次图文有些相关了，记住图中的温度计，下面会考

1. 前言

人们利用水蒸发制冷的历史，搞不好和通风制冷一样长，甚至要严格抠字眼的话，可能还要更长，毕竟几百万年前，人类还不是人类，还住在树上的时候，估计就已经懂得天热要到河里洗澡，洗完觉得很凉快了。就算不下河洗澡，也是会出汗的，汗液在蒸发过程中也会带走热量，这也是利用水蒸发降温的一个例子。

与通风制冷相比，水蒸发制冷有时候可以获得更低的温度；与上次提到的夜间通风（建筑物储冷）相比，水蒸发制冷就显得更为主动，只要水不断，就能连续制冷。因此，在空调还不发达的年代，这种降温技术自然也就占了半壁江山。

2. 冷水变云记

开始聊之前，最好还是先讲一点物理小知识。

一般来说，只要温度高于绝对零度，水就会蒸发，温度越高蒸发越快，到100℃甚至直接沸腾了。不过一个比较容易被忽视的点是，水的蒸发速度，与环境的相对湿度呈负相关，也就是湿度越低蒸发越快，制冷的效果也就越好。这个小结论跟下面要聊的内容有些关系，不妨记一下。

2.0 温度计兄弟

说白了，水蒸发制冷，就是利用水自身巨大的汽化潜热（室温下一般认为是2440kJ/kg），在汽化过程中吸收大量热量，来使得空气显著降温。这里的『大量热量』、『显著降温』到底是多少呢？如果想直观感受一下，可以去水龙头那洗个手，然后往手上吹气，就很凉快了；如果想定量感受一下，很简单，你有留意到，引言图片里面，温度计有两根吗？

图中的其实是干湿球温度计，顾名思义，两根温度计，一根叫干球计，一根叫湿球计。温度计本体其实没有什么区别（顶多就是部分型号的湿球计，里面的液柱会染成蓝色，美观些，但这不影响测温），甚至干球计就是直愣愣挂在那。其奥妙在于，湿球计底部有供水装置，比如浸入容器中的棉纱，让湿球计的玻璃球泡保持湿润状态：

可见左右两侧温度计球泡的不同，作者Crossmr

在通风良好（风速大于等于2.5m/s）的环境下，球泡上的水就会不断蒸发，使得湿球计读数降低，再套公式计算（或查询对照表），就能知道当前空气湿度情况了。很显然，按照设想，干球温度就是环境气温，湿球温度就是当前环境下，水蒸发制冷，能达到的最低温度。举例来说，干球温度35℃，相对湿度40%，计算可知，此时的湿球温度约为24℃，很凉快；但如果干球温度不变，湿度上升到70%（广东夏天至少就是这个湿度），湿球温度就会飙升到30℃，就没有什么降温效果了。而且不要忘记，水蒸发制冷后的空气湿度也会提升，比方说提升到85%，这样就只会让原本就很热的空气显得更加闷热。

所以，水蒸发制冷只适用于夏季相对湿度较低的地方，例如地中海气候，热带沙漠气候等。华北地区也有部分地方（尤其是较为内陆，有温带大陆性气候特征的），在部分时段（例如六月份左右的中午时间段）也会出现温度高但湿度低的情况，此时使用蒸发制冷，也能取得比较好的效果。对于其他地方，夏季湿度大的情况也许更为常见，水蒸发制冷效果不但不明显，反而会往空气里添加更多水分，得不偿失。

最后再说一句，干湿球温度计的出现，是因为早期的机械式湿度表精度普遍不高，甚至几乎不可用，在有控制湿度需求的地方（例如木头家具较多的房子），干湿球计是为数不多的，能准确读数的东西了。最近几年时间，电容式湿度传感器的成本已经降低了不少，虽说精度略低，但也足够一般家庭使用，因此在家用领域很快取代了干湿球计。不过老实说，一个缺乏维护的干湿球计，恐怕精度也没有想象中的那么高，毕竟，有多少家庭会把干湿球计悬挂在通风且无直接日晒的地方，还不会忘记定期往里面加水，还愿意每次都换算一下读数的呢？如果不加水，湿球就不湿，这就是两根普通温度计而已，读数根本不会有差异，还怎么看湿球温度？

2.1 水独自蒸发

知道了什么叫湿球温度，现在可以来看看湿的球了。

2.1.1 渗水的陶罐

我们经常说『陶瓷』制品，提到这两个字，你大概率会想到家里的那个光滑的花瓶，或者平时用来吃饭的洁白陶瓷碗。不过真要说的话，陶瓷只是泛指，你能想到的那玩意应该算是陶瓷中的第二个字，也就是『瓷』分类。强调这一点，是因为除了原材料是高岭土，且烧制温度较高之外，瓷器还有一个重要特征是本体低透水率。如果再加上外面的那层釉料，硬度进一步提高，透水率进一步降低，因而很适合用来做餐具，厨具，以及摆在家里的花瓶等，而不必担心漏水，或者因表面粗糙而洗不干净。

然而，如果我们只看第一个『陶』字，情况就会有所不同。陶器，就是一种与瓷器截然不同的物品。其最大的特点是烧制温度较低，材料没有完全玻璃化，且通常不上釉。因此在有一定结构强度的同时，也保留了一定的吸水性，甚至是透水性。此时，如果往罐内部装上水，水分就会缓慢渗出，保持陶罐外层处于湿润状态。再把陶罐放置在阴凉干燥通风处，就可以靠外部水的蒸发，来降低内部水的温度。这方面的例子是印度的Matki（也有叫Matka）陶罐，如下图所示：

具体来说，是图中右侧的大陶罐，图源维基百科，作者Bhaskaranaidu

这种陶罐一般会被用来盛放饮用水，用来让罐内的水始终保持比较凉爽的程度（当然温度可能不如电冰箱冻的那么低）。考虑到印度气候中不乏干燥气候（尤其是3-5月的热季，高温的同时，降水并不多），效果可能也挺好的。另外，有说法称，饮用这种较为清凉的水有助于身体健康——就算抛开这一点不谈，在天热的时候喝点凉快的东西也是个不错的主意。近年来有部分商家开始给陶罐添加水龙头，像饮水机一样，以便随时取饮：

图源互联网

不过，既然陶罐本体是渗水的，耗水量其实也有些大，而且也不利于储存需要干燥一些的环境的物品。一种改进版是所谓的Zeer Pot，翻译过来就是罐中罐冰箱。一种简单复刻版本是，用两个大小不一的陶质花盆，夹层中间填充沙子，浇水使其湿润，再用湿布盖住上面，这样在减少耗水量的同时，也可以获得一定的降温效果。如果内层容器是不透水的，例如上釉瓷器，那么沙子里浇的水就可以是非饮用水（例如海水），在不用担心污染的同时，存放的物品也可以更加干燥。

图源YouTube

2.1.2 屋顶的喷头

生活中你可能见过这种东西：

某设备供应商实拍图，图源互联网

尤其是在有铁皮屋顶的地方，比如厂房，大型养殖场，又或者是屋顶几乎无隔热层的地方，比如农村地区部分自建房，总是能看见在天气热的时候，屋顶有喷头正在喷水，这其实也是水蒸发制冷的一个应用。烈日当空的时候打开屋顶喷头，虽然不能把室内降到舒适宜人的程度，但也能带走相当大一部分的热量，让室内没那么闷热，可以减轻其他降温设备的压力，算是一种辅助设施。

不过需要说明的是，这种降温设备可能存在着两个作用机理。其一当然是蒸发降温，尤其是屋顶温度比较高，室外有风的情况下，蒸发率也相当可观；其二是，如果喷水量足够大，甚至直接是大水漫灌的话（常见于有大量水供应的地方，如河边的厂房，可以直接抽取河水，对水质要求不高），大量流动的水也可以带走一部分热量，也能显著提高降温效果。

笔者的老家那边也有类似做法，不过并不是在屋顶安装喷头，因为那个地方还得用来晾晒衣服之类的东西。相反，只是在傍晚时分，太阳基本上照不到屋面，晾晒的东西也撤回去之后，人工到楼顶开水龙头把地面浇湿，蒸发掉一部分热量，这样晚上就不至于一直闷热。

2.1.3 沸石？

我们先来看点更现代的东西。

说到制冷技术，我们知道比较多的有压缩机制冷（普通冰箱，空调），半导体制冷（常见于车载冰箱），部分住过房车或者高档宾馆的朋友，可能知道还有一种叫吸收式制冷，只需要输入热能（并在另一端散热）就能制冷，没有机械移动部件，自然也就无噪音，适用于上述场景里的小冰箱使用。顺带一提，虽然吸收式制冷效率较低（按COP算，一般低于1，双效机组能做到1.5），但好歹热量来源并无特别限制，电热棒是一个选择，工业废热也不是不行，也有烧气烧油的，比如丙烷冰箱，就适用于无电或电力不稳定地区，所以在非洲国家还挺流行。

在这三种之外，还有比较少被人听说的几种制冷技术，由于各种原因（比如效率低），大多数都只停留在专利介绍，实验室测试，或者小规模试验，参展样机等阶段，并未出现大规模商业应用。比如这一小节的重点，吸附式制冷，就是如此。

吸收与吸附，一字之差，大有不同。如果说吸收式制冷是用液体吸收剂，那么吸附式就可以简单理解为使用固体吸附剂，小标题里面的沸石（铝硅酸盐矿物）就是这方面的例子。沸石有多孔结构，具有巨大的表面积，因而吸附效果也非常好。从物理知识不难得知，密闭环境中的沸石吸附某种物质之后，环境内的压力就会下降，又因为物质的沸点与压力相关，压力下降则沸点下降，结果就是，这种物质更加容易蒸发了。根据资料来看，用于沸石吸附制冷的工质一般是水，也就是说，在其他水蒸发制冷方式还在常压蒸发的时候，沸石可以让水在负压下蒸发，甚至沸腾。

吸附式制冷的动力来源依然是热能，根据资料来看，目前比较多实验热量来源是太阳能与工业废热，走的是利用低品位热能的路线，大体来看基本上和吸收式制冷（比如溴化锂机组）差不了太远（具体就不知道了，笔者不是制冷专家）。比如，其中一种基于太阳能的，如下图所示：

典型的太阳能吸附式制冷系统示意图，图源互联网

简单来说，这幅图里的主要制冷循环是：

• 白天，太阳能加热再生器（1），沸石里的水脱附，管路气压升高
• 脱附的水蒸气，经过冷凝器（2）散热凝结，流进凝结水箱（3）与蒸发器（4）
• 晚上，再生器温度下降，沸石开始吸附，管路压力降低，进入负压状态
• 蒸发器中的水开始蒸发，吸收热量
• 风扇（5）将空气吹过蒸发器，形成冷风

可以看到，因为采用的是固体吸附剂，没有流动性，所以吸附式制冷本质上是间歇制冷，比如说白天吸热，晚上制冷。很显然，这对于大多数的应用场景来说都是不太适合的，比如建筑物制冷，白天正是人流活动高峰期，此时无法制冷；晚上人们都回家了，系统才能制冷，显然无法正常使用。应对这个问题，业界常用的方法有二，要么是添加蓄冷装置（例如配合冰蓄冷空调，夜间制冷白天供冷），要么是使用多个再生器，轮流工作。

目前，吸附式制冷并没有大规模商业应用的迹象，至少没有像压缩机制冷那样广泛。为数不多能查到的应用例子，如这篇论文（『硅胶-水』机组，但原理类似）里面提到的『山东皇明太阳能集团日月潭大厦』，近几年来也没有了报道。网上能找到的资料记载，这些应用的研究高峰期大概是千禧年前后，最多到10年前后。笔者猜想，这和之前博文提到的那本《十万个为什么》里所描述的那些神奇的能源技术（如『桔子皮制燃料油』等）差不多同一个结局，也就是因为效率低，成本高，结构复杂等，虽然看起来很新颖，但因为在商业上不划算，最后逐渐消失在大众领域。

说到效率，吸附式制冷的效率其实也并不是多高。还是上面那篇论文里面提到，COP大概是0.6，这已经是比较好的结果了，普通的吸附制冷系统COP大概也就0.3左右，甚至不如一开始提到的吸收式制冷。作为参考，常见的压缩机制冷机组，其COP至少为3，也就是足足10倍的差距。较低的能效，让吸附式制冷的优势并不突出，很多情况下用别的方式可能还更好，或者系统更简便。比如同样是太阳能制冷，目前比较成熟的方案是光伏驱动压缩机，能效高不说，整套系统都有成品。真想玩的话，买一块太阳能板，一台户外电源，一台小窗式空调，插上线就好。

2.2 与通风双管齐下

上面讲的那些都是单独的水蒸发制冷。在实际应用中，一般都会与通风措施结合在一起，以便加快水分蒸发，提高整体的制冷效果。

2.2.1 迷你小喷泉

我们继续来看古代的东西。比如，下面这幅图片：

印度德里红堡内的喷泉，图源维基百科，作者Anupamg

图中的是一种被称为Salsabil的喷泉。这张图片就有些误导人，好像倾斜石板上面布满了管子，工作的时候会喷水似的。其实放大仔细看的话，这些是波浪状花纹，真正的出水口是石板上方的槽。花纹的作用也不难理解，就是为了增大水与空气的接触面积，让水更好地蒸发。

关于这些喷泉，有个很有趣的点：考虑到安装这种喷泉的地方要么是宫殿要么是重要场合（例如宗教场合），直觉上看，此类喷泉肯定会承担一些装饰用途。然而，根据资料所说，喷泉可能还会用于饮用水曝气，也就是让水先流经这些喷泉，与空气充分接触后，再供人饮用，或者是用于宗教仪式里的各种清洁用途。比如在上面那幅图里，隐约可以看到一大片凹下去的地方，那个大概率就是用来装水的。『饮用水曝气』可能有些费解，但实际上这是水处理流程的环节之一，比如这份专利以及其他资料都提到，曝气可以减少水中的异味物质，增加含氧量，改善口感等。当然，曝气也仅仅只是预处理的一部分，现代自来水处理后继流程还得有过滤消毒等，而考虑到这些喷泉普遍建设于中世纪的中后期，那时候科学技术也不发达，所以能有曝气，就已经挺好的了。

不管怎么样都好，客观来说，这些喷泉也确实起到了蒸发降温的作用。尤其是，当喷泉安装在通风良好的室内，以及结合上次博文提到的风塔来使用的时候，蒸发效果就更为显著。还有就是，比如下图这种，很显然就是把喷泉修建在门前不远的地方，靠室内穿堂风实现蒸发：

西班牙塞维利亚王宫，安放在地面上的喷泉，图源维基百科，作者Daderot

最后需要说明一点，古代没有太多现代科技，因此这类能连续喷发的喷泉，其动力来源一般都是重力。所以可以看到这类喷泉一般都地势不高，喷水高度也低，而且多有从上到下的结构，让水自然流动。至于如何输水，考虑到罗马时期已经出现铅制水管，虽然这玩意对健康的影响还有待商榷，但确实可以实现水管输水。再不济，砌一条水槽也行，反正都是搭建建筑物的时候考虑的事情，一并解决即可。

2.2.2 网吧大湿帘

喷泉降温，本质是让水的蒸发面积加大而已，所以方法并不止一种。比如，以前的人们还会用湿布挂在通风处（例如，风塔内），来提高蒸发效果。到了现代，你可能会在空调扇里面看到一些弯弯曲曲的结构，又或者是在某些地方看到挂在室外的大箱子，上面连了水管，正在发出很大的声音。这些本质上都是通过某种吸水性较好的东西来增大蒸发面积，又因为需要风机来辅助通风，因此自然也就有了一个很好记的名字：湿帘风机。

路边拍到的，某商场展示的空调扇内景

原理其实很简单：里面的湿帘通常是纸做的，有波浪形，工作时水从上而下流经湿帘，尽可能增大与空气的接触面积，让水充分蒸发。干燥高温的空气流经湿帘的时候，就能被水蒸发吸收热量，变层较为湿润凉爽的空气，送往需要供冷的地方。因为制冷过程中只有风机（可能还有水泵）在耗电，在需要大面积供冷的地方较为省电，所以经常被用于厂房，养殖场，获得比单纯通风要好一些的降温效果，又不至于像压缩机制冷那么耗电。另外，这种制冷方式对于空气流量的需求较大，因为风速直接决定了蒸发速度，也就决定了制冷量。所以『大箱子正在发出很大的声音』就是因为里面有大功率风机在不停地抽风。同时，低温空气也必须要排出室外，不能循环，否则湿度会不断提升，降温效果也会变差。

本节小标题『网吧大湿帘』，是因为湿帘风机其实还挺适合用于网吧的。毕竟，网吧是什么，是一个充满人的地方，而且还是一个充满神人的地方，有抽烟的，吃泡面的，搞不好还有喷香水的，通宵的，总之就是有各种办法不停地弄出很大气味。湿帘风机要求大通风量，空气不能循环，连续运行还不怎么耗电，正好能满足需求，把电脑废热以及产生的各种气味直接排出室外。所以当年有很多厂家就抓住了这一点，把湿帘风机宣传为『环保空调』，『绿色冷风机』，并称呼他是提高氧含量，增加新鲜空气，提供健康空气的好选择。这些宣传当然不能说他错，但仔细想想，就是有一种把窗帘称呼为『被动式室内光线调节系统』的美。

另一种湿帘，图源互联网

多提一嘴，还有一种把湿帘与风机分离的结构，如上图所示，适用于需要更大面积供冷的地方。一般来说，在建筑物的一侧墙上安装这种湿帘墙，对侧墙上安装负压风机，就可以实现整个建筑物内的冷气流通，这就比单独的一体机效果要很很多。

因为湿帘风机的特点，于是就有了两个很有趣的地方。一是，有些地方（例如人流密集的地铁站）也摆放着空调扇，但只要你看进去，就会发现里面既没有加水，也已经拆掉了湿帘，这实际上就是利用湿帘风机大风量的特点，把他变成一台『相对美观且安全的大功率电风扇』罢了，主要的降温效果还是出自于建筑物的普通空调系统。这种用途下，即使装上湿帘通上水，效果也不一定好，因为气流都是在内循环，很快就不凉快了，只能让环境显得更加闷热。二是，湿帘长期通水，还有风吹过，上面难免会有污垢甚至霉菌等东西生长。厂家肯定是会在说明书里告诉你，要隔多久清洗一次，隔多久更换一次，但老实说，我不确定有多少用户会按照这个指引来进行操作，更有可能的是风机一旦装上就不管了。用个几年都没有清洗过的湿帘，怕不是会把新风变『旧风』。

最后顺带一提，往湿帘风机的水箱里加冰块，只能说有点用，但用处不大，不要指望跟空调一样凉快。如果你能接受，且愿意隔几个小时就倒腾一下冰块的话，那自然无所谓。笔者人在广东，空调扇效果本来就不佳，所以平时根本碰不到空调扇，因此不知道加冰块效果到底如何，如果有测试过的朋友，不妨在评论区告知一声。

2.2.3 喷雾电风扇

还有一种更为简单粗暴的东西，就是所谓的喷雾电风扇。

图源互联网

因为这种风扇的结构实在是太简单了（就是风扇前面装一个喷雾器），工作原因也很简单，就是把水变成水雾，提高蒸发速度，实现降温，因此这里也就没什么需要多说的了。就是可以提一下喷雾器的几种类型，这几种笔者都见过：

• 离心盘式：就是图中那种，靠高速旋转的离心盘，把水甩到某个地方，形成细小水雾。因为不容易堵塞，所以比较受欢迎。
• 喷头式：就是用高压水泵把水从喷雾头喷出来。
• 超声波式：那种小型的喷雾风扇最常见，用超声波雾化头雾化。水珠细腻，但出雾量不大。

其他的也没什么了，就这样吧。

3. 写在最后

这个系列到此也就结束了。本来只是笔者一时兴致所起，随便写写而已，写着写着就发现，自己也学到了很多东西，感觉也不错。不过可惜的是，这些技能在笔者的生活中都用不上，因为这里是广东，夏天空气热，湿度也大，还是老老实实开空调算了。

（完）