炎炎夏日，空調成了很多人眼中的必備品。而空調的發明人、美國工程師威利斯·開利，也成了很多人讚揚的目標。甚至有網友戲稱他為“開利大菩薩”，說自己的命“都是這個人給的”……

不過，有意思的是，威利斯·開利設計製造空調的初衷，卻不是“在酷暑天氣給網友以生命”。他最初設計空調，其實是給“紙”用的——

看到這裡，你會不會產生“命比紙薄”的感慨呢？故事要從20 世紀初美國紐約的一間工廠說起。

Sackett-Wilhelms平板印刷和出版公司的印刷廠圖片來源：開利官網

這是Sackett-Wilhelms 平板印刷和出版公司設在布魯克林區的一間印刷工廠。

在這裡，工人們用套色印刷的方法製作雜誌封面：一幅圖像包含幾種顏色，就有多少塊印刷版。在第一塊版上印出第一種顏色的部分之後，再去第二塊版印第二種顏色……

本來一切都好好的，但在1902 年夏天，工人們碰到了大麻煩。

這一年的夏天特別悶熱，印刷車間裡尤其如此。因為濕度過大，所以，印刷用的紙張不斷地從空氣中吸收水分，構成紙張的纖維因此膨脹變形——這麼一來，印刷的時候，不同顏色之間對應的位置就沒那麼準確了，印刷的成功率極大下降。

有麻煩歸有麻煩，活兒不能停。於是，工廠的老闆輾轉找到布法羅鍛造公司，希望這裡的工程師能幫助自己解決問題。這家公司的一位年輕工程師接受了任務。你一定猜到了，他就是威利斯·開利。

一開始，他打算沿用之前一位工程師的想法，用濃鹽水來解決濕度問題——道理很簡單，濃鹽水會從空氣當中吸收水分，降低濃度。不過，這個做法並不好用。直接把空氣中的水分給吸掉不行，那隻有換一個思路了，降低室內的溫度。溫度低了，空氣濕度自然也就降下來了。

在那個時代，人們已經發明了很多降低溫度的方法。1889 年，就在紐約，卡耐基音樂廳就安裝了一套特殊的通風系統：冰塊和巨大的鼓風機讓觀眾能在清涼中欣賞音樂。但對印刷車間來說，這也不是什麼好辦法。該怎麼解決難題呢？

但難題就是難題，威利斯·開利毫無頭緒。好在他從未放棄，而是持續不斷地思考了好幾週，直到有一天，他站在月台上，看到蒸汽機車轟鳴著噴出大量的水汽。他的心思豁然開朗：霧不就是濕度為100% 的空氣嗎？只要確定了什麼是百分之百的濕度，那麼想確定其它濕度，不就很容易了嗎？

在這片靈感之霧中，威利斯·開利想出了一個絕妙的辦法：

他製造了一個密閉的盒子，先把外面的空氣吸到盒子中，再向這些空氣噴出冷水，盒中空氣就變成了霧，也就是濕度為百分百的空氣，這時候，威利斯·開利再往盒子中加入適量的干燥空氣，兩者一混合，就能調配出任何濕度的空氣了。

這個原理聽起來有點像“面多了加水，水多了加面”，十分簡單，但十分有效。而這，就是世界上第一台空調的原型機。這台設備的發明者威利斯·開利，當時只有25 歲。

在原型機的基礎上，1902 年7 月17 日，威利斯·開利提交了新的設計圖，新方案可以直接降低室內空氣的溫度來控制濕度。原理也非常簡單——如果讓蒸氣經由管道穿過房間，就可以讓房間變暖，那麼讓冷水做同樣的動作，不就能實現相反的目的了嗎？這台機器最終有效解決了印刷車間的濕度問題。

一開始，冷卻用水來自附近一口深井。第二年春天，他開始利用氨壓縮機來進一步讓水冷卻。印刷車間因此能夠全年保持55% 的相對濕度。現代意義上的空調就此誕生，而 7 月17 日，也被廣泛接受為空調的“生日”——沒錯，空調剛剛度過了自己的120 歲生日。

最初，威利斯·開利的發明被用來控制濕度，在紡織、製藥等行業，工廠主們很快就用上了這套新設備。1903年，新建成的紐約證券交易所交易大廳成為第一個出於溫度控制原因而安裝空調的建築。

如此巨大的成功，讓威利斯·開利欣喜不已。但他並沒有滿足於此，而敏銳地看到了空調的應用前景和價值，不斷研究和優化自己的設計理念。1906年，他確立了“持續性露點降低法則”，並根據這個準則設計了第一台自動調節空調。

1911 年，他又找到了“合理濕度公式”，為整個空調行業設立了標準規範。在此期間，1915 年，威利斯·開利和朋友們一起開辦了用自己的名字命名的公司“開利工程公司”。直到現在，這家公司依然在供暖、空調和通風系統領域，具有舉足輕重的地位。

如今，空調已經應用在了大多數公共設施以及許多家庭中，我們如今使用的空調，其基本原理仍然與百年前的那項發明一致。從一張印刷紙開始的靈感之風，最終吹拂了整個世界。

威利斯·開利的厲害之處在於，他沒有停留在完成一項發明的層面，而是研究其背後的原理，發現更廣泛的規律性，從而促進了其它行業乃至學科的發展。另外，他的持續研究還降低了空調的大小和價格，使其能惠及大眾，這是一項走進千家萬戶的發明。

威利斯·開利發明空調的最初目的並不是給人降溫，而是讓紙張不變形。其實在科技史上有很多發明初衷與最終應用十分不同的例子，很像一種“無心插柳柳成蔭”。但真正讓威利斯·開利取得更大成功、做出更大貢獻的，卻不只是那最初的靈感迸發，而是他在第一次成功之後的繼續探索和恆久努力。無心插柳之後，也要有心才會成蔭。

圖片來源：開利官網

也許威利斯·開利最開始只是在“救紙”時“順便救了一下人”，但得益於他在空調領域半個世紀的工作，當我們悠閒地捧著書坐在空調房裡時，真應該說一句“謝謝開利！”

作者｜王江山、徐來

審核｜秦宗民中國製冷學會委員高級工程師

參考資料：

[1]https://www.newyorker.com/tech/annals-of-technology/an-apparatus-for-treating-air-the-modern-air-conditioner

[2]https://en.wikipedia.org/wiki/Willis_Carrier

[3]https://en.wikipedia.org/wiki/Air_conditioning

來源：科普中國