Палящая летняя жара доставляет множество проблем и неудобств, особенно в шумных городах, где она может держаться неделями. И хотя кондиционеры и вентиляторы приносят облегчение, люди веками придумывали способы охлаждать помещения и сохранять лед. Дмитрий Побединский, энтузиаст науки и создатель YouTube-канала "Физика от Побединского", рассказывает об истории этих способов охлаждения.
Основные методы охлаждения остаются неизменными на протяжении тысячелетий. Чтобы хоть немного снизить температуру в помещении, необходимо создать сквозняк, закрыть окна от солнечного света и использовать вентиляторы. Кроме того, очень важно носить легкую одежду и не пропускать воду. Однако помимо этих распространенных методов существуют инновационные и интригующие способы. Например, в Индии на дверные и оконные проемы кладут специальные коврики, известные как khus ki tatti. Сплетенные из корней растения ветивер, эти коврики постоянно орошаются водой, которая испаряется и эффективно охлаждает помещение.
Концепция проста и напоминает использование мокрых простыней в качестве охладителей помещений в России. Однако индийцы нашли способ повысить эффективность системы khus ki tatti. Благодаря двум контейнерам - один расположен сверху, а другой снизу - вода перетекает из нижнего контейнера в верхний за счет капиллярного действия. Как только верхний контейнер достаточно наполняется, он опрокидывается, повторяя процесс. Этот оригинальный механизм напоминает почти вечный двигатель, если постоянно добавлять воду.
Принцип испарения воды для охлаждения использовался и в древних методах охлаждения. В этих методах меньший горшок помещался внутрь большего, а пространство между ними заполнялось песком, который затем насыщался водой. Испарение воды приводило к снижению температуры примерно на 10-15 градусов Цельсия, что позволяло хранить скоропортящиеся продукты.
По сути, современные портативные холодильники, работающие без электричества, придерживаются той же концепции. Их эффективность охлаждения зависит от сухости климата, поскольку для эффективного охлаждения содержимого они полагаются на испарение воды.
Другие азиатские народы, такие как Персия, хорошо знали, как бороться с жарой. Более двух тысяч лет назад персы включили бадгиры, также известные как древние кондиционеры, в свою традиционную архитектуру в самых жарких регионах. Эти высокие башни оснащены внутренним воздушным каналом, который выполняет несколько функций. Самая простая функция - вентиляция: даже малейший ветерок проникает в бадгир и создает воздушный поток внутри помещения. Затем воздух выходит либо через другой бадгир, либо через другой воздушный канал в той же башне.
Кроме того, бадгир действует как солнечная труба, поскольку солнечное тепло в башне заставляет воздух подниматься вверх, создавая тягу и охлаждая окрестности даже в безветренную погоду. Эффективность бадгиров возрастает в сочетании с подземными водными каналами, называемыми карез. Персы изобретательно проложили эти каналы в изобилии под некоторыми городами, создав эффективную систему охлаждения. Горячий воздух поступает в канал через близлежащую шахту, охлаждается за счет испарения воды, а затем циркулирует в помещении. Охлажденный воздух выходит через открытые вентиляционные каналы бадгира, отводя тепло от здания. Асимметрия воздушного потока создает зону низкого давления за бадгиром, усиливая общий эффект охлаждения.
В настоящее время бадгиры продолжают служить эффективной заменой традиционным кондиционерам в Иране. Это экологически чистое решение помогает экономить энергию, а элементы, напоминающие бадгиры, включаются в современные проекты зданий.
Персидские строители также преуспели в сооружении обширных ледохранилищ, известных как яхчалы, способных сохранять лед в течение длительного времени. Эти сооружения конической формы имеют небольшое отверстие в верхней части и углубление в полу. Их уникальная конструкция, а также толстые стены создают слой холодного воздуха над хранящимся льдом, препятствуя теплообмену и поддерживая внутри низкую температуру.
Сочетание бадгиров и яхчалов способствовало накоплению льда внутри сооружений в зимние месяцы, избавляя от необходимости перевозить лед из других мест.
Хранение льда зимой для использования летом было широко распространенной практикой в разных странах. В XIX веке расцвела индустрия продажи льда, когда специальные суда перевозили глыбы льда из северных регионов в южные. Эти блоки хранились в специально построенных помещениях и распределялись по фабрикам, скотобойням, ресторанам, барам и уличным торговцам. Несмотря на то, что во время транспортировки происходило некоторое таяние льда (от 20 до 50 процентов), ледовая индустрия оказалась прибыльной, и ежегодно перевозились миллионы тонн льда. По масштабам этой отрасли в Соединенных Штатах ее превзошла только индустрия продажи хлопка.
Появление в начале XX века технологии замораживания и последующее массовое распространение бытовых холодильников привело к упадку ледяной индустрии. Примерно в это же время американский инженер Уиллис Кэрриер изобрел первый кондиционер, разработав устройство, которое поддерживало постоянную влажность в бруклинской типографии. Кондиционер работал, пропуская воздух через холодные змеевики, что приводило к конденсации влаги и одновременному охлаждению воздуха. Изобретение Кэрриера завоевало огромную популярность, что привело к установке кондиционеров на фабриках, в кинотеатрах, жилых домах и квартирах. Корпорация Carrier, основанная Уиллисом Кэрриером, остается значимым игроком на американском рынке кондиционеров.
Чтобы эффективно бороться с жарой, важно понимать, как работают кондиционеры. Существуют различные типы кондиционеров, каждый из которых имеет свои собственные механизмы. Например, испарительные кондиционеры пропускают воздух через увлажненную прокладку, в результате чего получается прохладный влажный воздух. В более продвинутых версиях эти кондиционеры включают в себя теплообменник, в котором один набор каналов пропускает холодный, влажный воздух, а другой - сухой, охлажденный. Этот метод очень эффективен и экономичен в сухом климате, но его эффективность снижается при увеличении влажности.
С другой стороны, кондиционеры с циклом парового сжатия - широко распространенный тип - не сталкиваются с такими ограничениями. В этих кондиционерах циркулирует хладагент, который проходит непрерывный цикл. Хладагент сжимается во внешнем блоке с помощью компрессора, превращаясь в нагретую жидкость, которая отдает тепло при прохождении через радиатор наружного блока. Затем хладагент направляется во внутренний блок, проходя через дроссельное устройство, которое снижает его давление. В этой части системы, находящейся под низким давлением, хладагент превращается в газ и быстро охлаждается. Во время этого процесса происходит поглощение тепла из окружающего воздуха. Этот принцип, основанный на испарении хладагента, также лежит в основе работы холодильников.
В конце концов, в поисках убежища от знойной жары необходимо осознать, что испарение остается самым эффективным природным методом охлаждения. Хотя можно экспериментировать с различными испаряющимися веществами, идеальным вариантом является вода. Побединский подчеркивает важность понимания основных принципов охлаждения. В первую очередь необходимо изолировать помещение от солнечного света с помощью штор, светоотражающих пленок или других подходящих материалов. Кроме того, слегка приоткрытые окна и размещенные перед ними увлажненные ткани помогают предотвратить застойные явления и способствуют отводу избыточного тепла с помощью надлежащей вентиляции. Наконец, эффективному противодействию жаре способствует соблюдение питьевого режима и принятие прохладного душа при любой возможности.
