进退两难话空调
近日，全球迎来有记录以来最热的一天。7月22日，全球平均气温达到17.15摄氏度，东亚、中东、欧洲、北美等地均出现极端高温天气。在这样的高温下，空调成了大多数人的“救命稻草”。但实际上，空调从某种意义上说也是地球不断升温的幕后推手之一。
纵观人类文明发展史，对舒适温度的追求几乎贯穿始终。不过从总体来看，升温容易降温难。人类早在百万年前就已掌握生火取暖的技术，但直到工业革命前，人们都缺少高效降温的方法，能利用的往往只有天然的冰块。
据记载，早在公元3世纪，罗马帝国皇帝埃拉伽巴路斯就尝试过降温。他派人将山上的冰运到花园里，微风将冰块产生的凉气吹进屋内。直到19世纪初，来自美国波士顿的企业家弗雷德里克·图德还通过类似的方式发了一笔财。1806年冬天，他从新英格兰结冰的湖上凿下冰块，用碎木屑做成隔热装置，把冰块卖到了炎热的南方地区，甚至远销至加勒比地区。
又过了大约一个世纪，空调才正式“上线”。不过，其诞生却与人类的享受意愿并无直接关系。
20世纪初，印刷业面临着一个棘手的难题，即印刷过程中纸张会因为湿度变化而变形，导致印刷品质量下降。为解决这个问题，年轻的工程师威利斯·开利设计出了现代空调的雏形——空气调节装置。这种装置可以通过让空气在用压缩氨冷却的线圈上循环，使湿度保持在恒定的55%。这个装置还带来了一份意外收获，那便是温度随之降低。
开利并未将自己的发明局限于印刷业。他利用这种温度调控设备改造出了早期的空调，并首先在电影院等公共场所投入使用，凉爽通风也一度成为电影院的新卖点。不过，当时的制冷设备使用的冷媒气体包括氨气、二氧化硫、乙醚和丙烷等，要么有毒有害，要么易燃易爆，所以不夸张地说，为了这丝凉气，人们真的是冒着生命危险。这也是当年制冷设备未能普及的重要原因之一。
直到化学家托马斯·米基利发现了一类看似完美的冷媒——氯氟碳化合物（CFC），也就是我们所熟悉的氟利昂，空调才真正得以大规模推广。这不仅大幅提升了人们的生活品质，甚至对社会生产也产生了不小的影响。耶鲁大学教授威廉·诺德豪斯（WilliamNordhaus）的一份研究报告揭示了温度与生产效率之间的关系。从总体来看，外界平均气温越高，生产效率就越低，反之亦然。换句话说，空调带来的凉爽为高效率的生产提供了相应的保障，经济社会方方面面均从中受益。
然而，米基利并没有料到，空调的大规模使用也导致“一场‘灭顶之灾’在万里高空酝酿”——CFC类化合物给臭氧层带来了巨大伤害，由此开启了空调制冷与保护环境之间的博弈。
1974年，美国和墨西哥的两位科学家提出了CFC破坏臭氧层的机理；1985年，关于南极洲上空臭氧浓度迅速衰减的观测数据被公开。但彼时基于氟利昂已发展出规模达到数十亿美元的产业，面对巨大的眼前利益和看不见摸不着的长远利益，人们产生了不小的分歧，CFC与臭氧层也成为那几年最具争议的话题之一。
直到1985年，国际社会终于达成《保护臭氧层维也纳公约》，确定了国际合作保护臭氧层的原则；1987年又在加拿大达成《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，为发达国家和发展中国家分别制定了停止生产和使用CFC冷媒的时间表。比如，现在空调中普遍使用的冷媒，主要包括氢氯氟烃类（HCFC）和氢氟烃类（HFC）化合物两大类。其中，HCFC虽然也含有氯，会破坏臭氧层，但破坏系数仅为CFC的百分之几，且作为替代CFC冷媒的过渡性产品，已进入加速淘汰阶段。而HFC类化合物，由于不含氯，对臭氧层基本无害。
数据表明，经过数十年的协作，人类似乎正在从这场灾难中转危为安。根据2022年蒙特利尔条约评估小组的一份报告，如今南极上空的臭氧层正在逐步恢复，不仅空洞面积在缩小，臭氧浓度也有所增加。有科学家预计，如果保持这一趋势，至2070年左右南极臭氧空洞可基本修复。
然而，人们还是笑早了。不久之后，另一份研究报告发布：虽然严重破坏臭氧层的CFC冷媒已被逐渐淘汰，臭氧空洞也不再是热点议题，但更新换代之后的氟利昂依旧在伤害人们赖以生存的地球家园，只不过这一次，是通过加剧全球变暖的方式。
报告称，一方面，大量空调运行带来了大规模的能源消耗，同时，其向室外释放出的多余热量还会进一步加强“热岛效应”；另一方面，虽然氟利昂在大气中所占的比例远小于二氧化碳，但氟利昂类物质产生的温室效应却是相同质量二氧化碳的数千倍之多，堪称“超级温室气体”。而且，伴随着当前制冷空调在发展中国家的快速普及，氟利昂的排放量还在迅速增长。
为扭转全球快速变暖的趋势，在2016年的“蒙特利尔破坏臭氧层物质管制议定书”第28次缔约方大会上，与会各方经过艰苦的谈判，最终达成了逐步减排HFC的《基加利修正案》。
应该说，修正案的达成对于地球生态环境而言是重大利好的，但放弃HFC之后的人类又该如何度过越来越酷热的夏日呢？
遗憾的是，直到今天，科学家们仍然没有找到完美的解决方案，相关替代方案仍在探索中。比如，2024年巴黎奥运会便为保护环境“放弃”了空调。取而代之的是，利用地温冷却系统将冷水泵入公寓，让室内外实现6摄氏度至10摄氏度的温差。此外，科学家们也在不断尝试改进制冷技术，开发更加绿色环保的空调冷媒，越来越多的人开始将目光重新聚焦在氨气、二氧化碳和烷烃这样的无卤素天然气体上，以此为冷媒的新控温方式成为热门研究方向。在2022年北京冬奥会期间，国家速滑馆等多个奥运场馆首次采用了二氧化碳跨临界循环制冷系统，极大降低了制冰造雪过程中的碳排放，为绿色奥运作出了贡献。
当前，新一代冷媒对臭氧和气候变化更加友好，但在阻燃、毒性和使用成本等方面还存在不少缺陷。发展更加绿色环保且经济节能的冷媒和制冷技术，依旧是全世界需要大力攻关的课题。