空调百年

　　我们能熬过这个酷热的夏天，要感谢两位创新者：威利斯·开利和欧文·莱尔。

　　每一间有冷气的民居、办公室、电影院、商场、工厂、医院和实验室都应该归功于“人造天气”的先锋：威利斯·开利和欧文·莱尔。

　　威利斯·开利是一个拥有匠人精神的科学家，他的一生都在顿悟与实验中，这些都推动了制热、制冷以及空调机的历史性进步。

　　欧文·莱尔是一个富有创造力的销售，他为开利的工作提供了无数新的商业化应用的想法，并且通过不懈地推广，利用推介会、关系网售卖、广告营销、外展的形式，成功地将这些想法都变成了价值数亿美元的产业。

　　他们热衷于帮助企业用较低的投入获得较高的产出，衍生出不可估量的副产品——不断提升的健康、舒适和幸福感。空调改变了一切，开利和莱尔坚守着匠人精神的价值观，正是这一点让他们成为“第一人”。

　　才华初现

　　威利斯·开利多产而实用的发明生涯的准备阶段从纽约西部开始，就在位于安哥拉的教友派信徒村附近的奶牛场里。他是杜安和伊丽莎白·开利唯一的儿子，出生于1876年秋，这一年恰好也是美国建国100周年。

　　年轻的威利斯很早就具有卓越的机械知识，他做完农场里的活儿后，就会修理一台无休止工作的机器，有时候也会解决一些他自己出的数学题，会自己设计一些游戏自娱自乐。

　　他从姑姑阿比那里了解到一台性能良好的水泵是怎么工作的。他永远也不会忘记姑姑解释如何做到使得“大气压为每平方英尺15磅”的这一情形。所有的一切都激发起了他研究空气奥秘和奇迹的兴趣。

　　在威利斯读高中的时候，美国经济进入了萧条期。他每天早上5点起床，为父亲的24头奶牛挤奶，送完牛奶之后就飞奔回家吃早餐，然后再步行1英里去学校，出色完成所有的课程之后，再飞奔回家挤更多的牛奶。

　　在康奈尔大学（一所位于美国纽约州伊萨卡的世界顶级私立研究型大学，1865年建立）读书期间，他除了获得奖学金之外，还能够平衡严谨的学术日程与拳击、越野及划船等体育活动与更多的工作，例如修剪草坪、照料炉子与做餐桌侍应。开利与一位大学时期的朋友创立了美国的第一个学生合作洗衣房组织，这些组织至今仍然活跃在大学校园里面。

　　在肯塔基大学（创办于1865年，是一所美国著名的公立研究型大学）校园里，乔尔·欧文·莱尔也以一名学生运动员的身份茁壮成长。莱尔在学校足球队里踢球，并且加入了Sigma Chi兄弟会（一个社会博爱协会）和美国工程荣誉协会。

　　作为一个农场男孩、足球明星、未来兄弟会会长、天生销售员，莱尔1896年获得了机械工程学学位。5年后，他又获得该专业的硕士学位，一毕业就被布法罗锻造公司聘用了。

　　威利斯·开利在康奈尔大学获得了他的机械工程学学位。在学校创始人（康奈尔大学由埃兹拉·康奈尔和安德鲁·迪克森·怀特于1865年建立，是常春藤盟校最年轻的成员）的精神的影响下，当机会来敲门时，这个农场男孩毫不犹豫地给出了回应，接受了布法罗锻造公司给出的职位邀请，而没有按照原计划选择申请当时声名显赫的通用电气公司。

　　布法罗锻造公司由康奈尔的毕业生合作创立，生产铁匠使用的熔铁炉、立钻、蒸汽机、热水器、吸尘器、鼓风机和带锯。

　　1901年6月，开利乘坐公交车去公司参加会议，他不知道布法罗锻造公司的办公室在哪里，只好询问路人。年轻的乔尔·欧文·莱尔也正好前往总部去讨论办公室从雪城分公司转移到纽约市的问题。

　　机会也好，命运也罢，开利和莱尔登上了同一辆百老汇有轨电车，前往布法罗锻造公司位于莫蒂默街上的大楼。尽管他们此刻各行其路，但是不久之后，这两位聪明而又满怀抱负的年轻人就会再次相遇。

　　事实上，在为人们制造“舒适空气”的想法成为社会认可的理念之前很久，开利和莱尔的工作目标是针对工业和工厂的。他们的第一个项目不是为了帮助浑身大汗的人们，而是保持纸张的湿度。

　　为印刷机降温

　　1902年春夏，纽约酷热。人们都涌入公共澡堂。贫民窟的人们睡在走廊上，并且把消防栓打开以解暑。纽约《布鲁克林每日鹰报》在5月底的一期报纸上刊登了一则名为“突如其来的热浪击倒多人”的报道。

　　大大小小的生意都受到了高温、湿热对货物及机器带来的负面影响。在位于布鲁克林的萨基特威廉斯印刷厂里，工人们与闷热的空气对彩色印刷工作带来的伤害做着斗争。

　　第五大道的商场需要生产的演出票、商业名片、手册及各种各样的宣传图，依靠一队由35名工人组成的队伍操作着工厂里面的25台蒸汽印刷机和40台手动印刷机。萨基特威廉斯印刷厂以精美的色彩闻名于世，但是他们发现，高温热浪阻碍了印刷机的运行。

　　纸张具有吸湿性，即纸会通过吸收或吸附空气中的水分而保持湿度。潮湿会导致纸张收缩、膨胀和弯曲变形，颜色也会混在一起。

　　糟糕的天气导致灾难性的油墨重组，需要代价惨重的重新印刷或者取消印刷。灯光、蒸汽机、印刷机和工人产生的热量以及从户外漏进来的热气也都增加了额外的热量。

　　随着温度的飙升，一位印刷厂的顾问工程师来到布法罗锻造公司位于纽约的办公室，找到欧文·莱尔寻求帮助。莱尔将这个项目交给了那年秋天他在去往布法罗的有轨电车上遇到的同伴威利斯·开利。

　　开利进入公司后不久就通过着手实验研究优化公司的制热、干燥和强制通风系统的设计和安装项目。不满足于行业里传统的估测方式，开利系统地建立了加热炉数据的构造表，使工程师能够很容易算出蒸汽在加热盘管上流通时能吸收的热量。开利的上司很明智地支持他的研究，并且允许他在内部建立了一个工业实验室。

　　如今，他的任务是解决萨基特威廉斯印刷工厂热得一团糟的问题。他需要完成组成空调的四种任务：温度控制、湿度控制、清洁或净化空气，以及空气的有效流通。

　　以前的创新者已经尝试过在封闭的空间内用风扇、雪和冰来降低空气温度。但是没有一个人成功地将空气内的潮湿度降低，并且将空气中的水分稳定地保持在一个特定的水平线上。

　　萨基特威廉斯印刷工厂需要一个系统维持室内温度，冬季要保持在70华氏度（约21摄氏度），夏季要保持在80华氏度（约27摄氏度），全年的相对湿度应保持在55%。

　　开利决定把布法罗锻造公司的加热机添加到新的制冷机器中。他决定以循环的冷水替代蒸汽注入加热盘管，他深入地研究了莱尔给他的美国气象局的报表，莱尔希望该表可以帮助他建立一个空气除湿系统。

　　通过该数据，开利选定了一个雾点（雾点是大气湿度的标准之一，雾点越高，空气中的水分含量就越高）温度可以将印刷厂的湿度控制在一个合理的程度内。

　　直到1902年7月17日，纽约终于熬过了这场热浪，开利制订了研发世界上第一台智能空调系统的计划。两部分蒸发器盘管管道用作制冷和除湿，一条管道从承压井里面引来冷水，另一条管道连接到一个能快速冷却的氨制冷机上。

　　美国采暖、制冷与空调工程师学会这样解释基本操作原理：

　　空气被吹到一套叫作蒸发器盘管的冷却管中冷却。其工作原理就像是水从你的皮肤上蒸发就能给皮肤降温一样。蒸发器线圈里充满了一种被称为冷却剂的特殊液体，它可以让液体蒸发成为气体，这样子就可以吸收空气中的热量。冷却剂被抽送到外面……到另一个盘管上，这个盘管会释放热量，再将气体凝结成液体。外面的线圈被称为冷凝器，因为冷却剂是从气体凝结成液体的，就像是冰冷的窗户玻璃上的湿气。

　　一台被称为压缩机的泵，被用来在两个线圈之间移动冷却剂，改变冷却剂的压力，以保证所有的冷却剂都可以在合适的线圈内被蒸发或者凝结。

　　一切运转的能量都来自压缩机的马达。整个系统能输出压缩机所使用的能量的三倍之多。发生这种奇怪的事情是由于冷却剂从液体到气体再到液体的转变过程会让整个系统释放出比压缩机所需的更多的能量。

　　开利的工程师玛格丽特·英格尔斯在记录这个新系统的组成部分时，惊叹她的上司所取得的突破：“加起来，它们的冷却效果共有54吨，相当于一天之内可以融化1.8万磅的冰。这个装置真的是人类在控制室内气温上的一个里程碑。”

　　这是一个很重要的尝试，却不是一次真正意义上成功的尝试，这台改造后的设备并不是最理想的。开利将他的注意力放到线圈间隙中的含水空气，处理过的空气也会从操作部分里分布不均地散布出去。

　　最终，开利和莱尔开始发明用于室内的高质量通风管装置。他们一直在努力做得更好，后来也转向研究通过从自流井中抽取循环水来降低客户的系统使用成本。

　　一年以后，新发明取代了萨基特威廉斯印刷厂的压缩机，并且莱尔也向布法罗锻造公司反馈道：“过去的这个夏天，我们对出售给这家公司的冷却线圈给出了满意的答卷。”

　　人造空气

　　莱尔竭尽全力地向全世界宣传开利的空调系统。他向美国暖通空调制冷工程师协会和美国制冷工程师协会展示开利的技术报告，宣传演讲并撰写产品说明书和手册。他安排布法罗锻造公司成立一个新的全资子公司——开利空调公司（开利公司是全球最大的暖通空调和冷冻设备供应商，也是提供能源管理和可持续楼宇服务的全球引领者），用以生产和销售空调。

　　莱尔积极拉拢新客户，并提供一流的客户服务。在公司里，他就像一位父亲一样，对下属的工程师们有赏识和培育之情。

　　与此同时，开利在不断地重组、调试、思考和讨论在除湿控制中出现的问题，他的执着已经变成一种传奇。高度的实用主义和滑稽的精神恍惚带来的负面影响就是，这位发明家经常会忘记吃饭，有时候也会忘记身边有人，会在饭店的桌布上画技术图。

　　有一天傍晚有大雾，威利斯·开利站在匹兹堡火车站的站台上，突然被一个清晰的、创造性的想法击中。迄今为止，它仍然在方方面面影响着现代日常生活。他是这样子描述当时灵光一现的情形的：

　　这里的空气湿度约为100%，但是由于温度非常低，所以即使是水分饱和，也不会有切实的湿润感。但是现实中不会有那么低的气温。现在，如果我可以让空气饱和并且控制气温到达饱和点，我就可以在空气里携带我希望的水分含量。我也可以使空气通过一个细水喷雾器来制造真实的雾气，通过控制水的温度以控制饱和温度。

　　当需要湿润的空气时，我可以对水进行加热；当需要干燥的空气时，也就是空气中的水分含量很少时，我可以用冷水降低空气湿度。我当然可以解决掉在线圈冷凝空气中的蒸汽带来的生锈问题，因为水不会生锈。

　　这一点，他的产业继承人给予认可：“思路虽然异于常理，但是依然令人赞叹。”开利在那天的大雾中意识到他可以用“湿润”空气的方式来干燥空气，空气穿过水，再用喷雾，从而冷凝表面。这一发现使得控制人造空气的湿度保持在某个特定值成为可能。

　　1906年，开利的“空气处理机”获得专利。开利在之后的生命中，凭借在工程中的提升和贡献得到80余种其他专利。

　　在保护他们的专利的同时，开利和莱尔也与科学协会保持紧密的联系，共享知识，也开放他们的办公室用作展厅。这些交流为世界各地的工业从业者和消费者都带来了更多的好处。

　　1911年，35岁的开利发表了“焓湿图”公式（将湿空气各种参数之间的关系用图线表示）——被称为湿空气动力学的“自由大宪章”，并在美国机械工程师协会上公开发表。

　　他有条不紊地说明如何确定温度和湿度之间的精确关系，消除了同行们在过去几十年里的臆测与不严密，其发表在美国机械工程师协会的科学刊物上、具有开创性的论文和图表，在今天仍然是空调行业各项发展的计算基石。

　　开利坚持不懈的理论研究不只影响空调行业，而且对农业、建筑业、食品工程、医药制造、气象研究、天气预报以及其他领域都有影响。正如开利自己在“焓湿图”公式的论文中指出的一样：

　　这种创意在各个工业领域的应用可以证明它具有巨大的经济效益。把它应用到高炉之中，可以将生铁的净利润从每吨0.5美元提高至0.7美元；应用到纺织厂，它能够将产出从5%提高至15%，同时极大地提高产品质量与生产车间的卫生条件。在其他工业领域，例如光刻印刷、手工制糖、面包、烈性炸药、摄影胶片、通心粉和烟草等干燥和吸湿材料，湿度问题同样重要。

　　开利的团队将他们的产品卖给了大大小小的公司，满足人们形形色色的需求。

　　位于美国长岛的口香糖公司——著名的Chiclets口香糖制造商（现在你在杂货店的收银台的货架上仍然可以看得到它）也购买了一套开利的冷却系统，以便将口香糖的粉碎、涂层、抛光和包装车间内的温度和湿度都保持在一个特定值。

　　如今依旧在生产的惠特曼盒装巧克力生产商，在其位于菲律宾的制造工厂安装了开利的第一款离心式冷水机组。粉末制品工厂、化学工厂、奶酪制造商、面包坊、爆米花点心设计商、眼镜生产商、精密刀具制造商和铅笔生产商都部分或全部购买了开利的系统。

　　“一战”期间，开利的设备为新泽西州的国际武器和保险丝公司，以及位于康涅狄格州纽黑文市的温彻斯特连发武器公司提供冷却系统。“二战”期间，军队利用开利顶尖的工程人才和顶尖的器械生产设备与部件，包括飞机发动机支架、机枪的瞄准具、坦克适配器和反潜炸弹放电器。

　　还有两家公司是开利及其团队工作成果的直接受益者，它们是威廉·佩因特的皇冠瓶塞密封和金·吉列的剃须刀帝国。

　　开利的执行官爱德华·T·墨菲在谈到他们公司在批量生产过程中所起到的支持性作用时说：“你是否思考过，冷却剂和皇冠密封以及内装品之间的关系？”

　　威廉·佩因特的创造物里面有软木塞，被压缩之前与黏合剂混合在一起。黏合剂必须保持在软木塞的表面，不能渗透进气孔里。“为了达到这种效果，低温而干燥的空气必须要被吹进混合物里，在黏合剂深入软木塞的气孔里之前就将黏合剂里面的水分蒸发出去。位于巴尔的摩市的皇冠瓶塞密封有限公司的装置就是一个特别成功的案例。”

　　墨菲称，开利的工程师们也解决了一个困扰吉列剃须刀工厂的生产问题。“吉列先生有一个特别麻烦的问题，即在船把刀片运到之前，刀片就生锈了。”刀片的生锈主要是由于气动机械操作时的高压气体造成的。墨菲称：“为了避免这种情况，开利的工程师们为金·吉列安装了一套冷却系统，将压缩空气中的水分被释放之前就排出去。”

　　重塑美国风景

　　开利在商业上取得的成功使他的空调系统被广泛运用于银行、酒店、百货商场、办公大楼、摩天大厦、火车、飞机、轮船和汽车。开利和莱尔不仅改变了企业制造产品或提供服务的方式，也改变了美国人的工作环境，直接引领了美国人居住环境和工作时长的历史性转变。

　　开利公司的温度调节装置使得居住在环境令人窒息的佛罗里达州、得克萨斯州或南方阳光地带成为可能，甚至是愉悦的事情。

　　不幸的是，成功地驾驭了天气无意中也使得华盛顿全年都更加需要对温度进行调节。开利和莱尔获得了为美国国会山安装空调的重要合同（众议院在1928年安装了空调，参议院是1929年）。结果，政府的业务成了一项固定业务。

　　20世纪30年代，开利公司的窗式空调遍及整个美国，从最高法院的大楼到位于巴吞鲁日的路易斯安那州立大学，到亚利桑那州凤凰城的多层办公大楼，再到洛杉矶的加州银行。

　　开利和莱尔组建了一个非凡的工业家族，有思想家、实干家和制造者。他们把看似普通的空气、蒸汽和水变成一项数十亿美元的产业。他们肩负多重任务，他们是科学研究人员，同时也是实际建设者和冒险家。

　　威利斯·开利掌握了温度调节理论，欧文·莱尔掌握了空调系统的标准化。他们的实践和销售将他们带入一条所有厂商都致力于提供最高质量的商品和服务的轨道上。

　　莱尔在1942年还担任开利公司的总裁和董事，之后不久他便死于一场疾病。开利还在继续工作，提高自己的设计与产品，直到1948年因为心脏病突发不得已才退休，他在74岁生日前两天去世。

　　工程师爱德华·T·墨菲是开利公司的7位重要人物之一，将自己的毕生积蓄和一生的精力都献给了公司，使其腾飞，亦团结起威利斯·开利、欧文·莱尔和制冷技术的奠基者们的力量，一起度过那些好与不好的时光：

　　我们对自己的企业充满信心和热情，忠诚于彼此以及共同的事业。

　　我们有勇气和远见抓住每一个出现的机会。

　　我们在错综复杂的各个阶段互相扶持。

　　我们有优越的产品以及完美的工艺方法。

　　我们对自己的产品、工艺以及财务都秉持高标准的正直原则。

　　似乎这就是我们团队的命运。或许是因为我们选择了一项真正可以提升人类健康和生活质量的事业。

　　这种创新精神贯穿于我们呼吸的空气、我们穿的衣服、我们吃的食物中，可以延长和改善我们的生活以及我们生活、出行、工作和休闲的空间。

　　开利创建公司的座右铭不仅仅是对客户的承诺，也是工程师乐观主义精神的一种反映。这些富有创新精神的风险承担者尽一切力量致力于：

　　“每一天都是美好的一天。”

　　本文选编自《创新之光》，标题为编者所加，章节略有删减；米歇尔·马尔金著；黄筱莉译；中信出版集团授权刊载，2017年4月出版。

　　米歇尔·马尔金