Lược sử hình thành của điều hòa - phát minh vĩ đại của loài người, 'cứu' thế giới trong những ngày hè nóng bức

Thậm chí đầu thập niên 1900, Nghị viện Mỹ đã phải từ chối lắp điều hòa trong phòng họp trên đồi Capitol do lo ngại cử tri phản cảm khi thấy những chính trị gia không chịu nổi nóng bức như bao người dân khác.

Dần dần, sự phát triển của công nghệ khiến điều hòa được sử dụng cho ướp lạnh thực phẩm, ướp xác và được lắp đặt thông khí cho giới nhà giàu. Khi kỹ thuật tiên tiến hơn, chúng dần được người dân chấp nhận và gạt bỏ qua những tư tưởng cố hữu về tôn giáo để chấp nhận một sản phẩm mới làm thay đổi cả xã hội.

Sơ khai

Trên thực tế, con người đã cố gắng thay đổi thời tiết và tác động tới tự nhiên từ rất xa xưa. Trong khi việc đốt nóng sưởi ấm khá dễ dàng thì kỹ thuật làm mát lại trở nên phức tạp hơn. Theo các tài liệu lịch sử, người Ai Cập là một trong những dân tộc đầu tiên phát minh ra "điều hòa" sơ khai bằng cách treo lau sậy lên bệ cửa sổ và phun nước vào đó. Gió nóng thổi từ ngoài vào sẽ làm phát tán sương và giúp giảm nhiệt.

Hơn nữa, những hạt sương cũng có thể làm dịu không khí trong nhà, tránh được cái khô nóng của sa mạc.

Những người La Mã cổ đại cũng cho xây dựng hệ thống ống nước bao quanh tường nhà nhằm hạ nhiệt cho những ngày khô nóng. Trong khi đó người Ba Tư cho xây những bể chứa nước và tháp gió bên cạnh để làm mát không khí.

Vào thời Hán ở Trung Quốc, người dân cũng phát minh ra những chiếc quạt máy gỗ để tạo sức gió làm mát. Thậm chí đến thời Đường Huyền Tông (712-762), nhà vua đã cho xây một tháp làm mát lắp trong cung điện, bao gồm những chiếc quạt gió chạy bằng sức nước.

Tuy vậy, hầu hết những phát minh cổ đại chỉ mượn hiện tượng tự nhiên để phần nào hạ nhiệt chứ chưa tác động thực sự tới thời tiết và nhiệt độ. Phải đến thế kỷ 17, khi hàng loạt những khám phá khoa học ra đời, con người mới dần tìm ra cách tác động vào nhiệt độ môi trường để biến mùa hè thành mùa đông.

Khởi đầu với nhà phát minh Cornelis Drebble (1572-1633), ông đã phát minh ra mô hình làm mát không khí bằng cách cho thêm muối vào nước khi chúng bốc hơi. Chúng được giới thiệu cho vua nước Anh bấy giờ là James I nhưng không được coi trọng.

Vào năm 1758, thống đốc bang Pennysylvania là Benjamin Franklin (1785-1788) cùng Giáo sư hóa học John Hadley (1731-1764) tại đại học Cambridge đã thử nghiệm và khám phá ra nguyên lý giảm nhiệt từ sự bay hơi. Đây là một phát minh quan trọng đặt nền móng cho máy điều hòa sau này.

Cả Franklin và Hadley nhận ra rằng sự bay hơi của một chất lỏng như rượu hay Ete có thể làm giảm nhiệt độ của một vật thể xuống dưới điểm đóng băng của nước. Cả 2 ông đã thí nghiệm thành công sự bay hơi nhằm giảm nhiệt độ của ống nhiệt kế thủy ngân từ 18 độ C xuống âm 14 độ C.

Đến năm 1820, nhà hóa học người Anh Michael Faraday (1791-1867) đã thực hiện thành công thí nghiệm nén và hóa lỏng khí amoniac. Trong quá trình thực nghiệm, ông nhận ra rằng amoniac lỏng bay hơi có thể làm lạnh không khí xung quanh và đây là một trong những tiền đề cho máy điều hòa nhiệt độ sau này.

Vào năm 1842, bác sĩ John Gorrie (1803-1855) đã dùng phương pháp nén khí nhằm tạo ra băng làm mát cho các bệnh nhân ở Florida-Mỹ. Đến năm 1851, cỗ máy làm nước đá đầu tiên cho thương mại sáng chế bởi kỹ sư James Harrison (1816-1893) chính thức được vận hành ở Australia.

Đến thời điểm này, phần lớn các nhà khoa học đều hướng tới việc tạo băng theo truyền thống bởi con người có thói quen tích trữ băng trong mùa đông để dùng cho mùa hè. Phải đến năm 1881, Tổng thống Mỹ James Garfields (1831-1881) bị ám sát phải vào bệnh viện thì hải quân Mỹ mới manh nha ý tưởng tạo khí mát bằng cách thổi gió qua lớp băng liên tục trong 2 tháng, tốn hàng triệu kg nước đá trước khi vị tổng thống này qua đời.

Điều hòa không khí

Vào cuối thế kỷ 19, sự bành trướng của ngành công nghiệp sản xuất cũng như các nhà xưởng thúc đẩy mô hình kiểm soát không khí, qua đó điều khiển độ ẩm và nhiệt độ nhằm đảm bảo chất lượng cho các loại thực phẩm, đồ uống sản xuất ra cũng như nâng cao năng suất lao động của công nhân.

Năm 1902, mô hình máy điều hòa không khí đầu tiên được vận hành bằng điện phát minh bởi Willis Carrier (1876-1950) được đưa vào sử dụng tại New York-Mỹ cho một nhà máy in. Hệ thống này chủ yếu kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm của không khí, qua đó tạo môi trường thích hợp nâng cao năng suất cho nhà máy.

Đây được coi là mô hình tiên phong cho hệ thống điều hòa không khí ngày nay và Carrier cũng được coi là cha đẻ cho hệ thống điều hòa hiện đại. Nguyên lý của mô hình này khá đơn giản khi Carrier cho không khí chạy qua một ống được làm lạnh bởi khí amoniac hóa lỏng. Ngoài ra hệ thống còn kiểm soát một đường ống cung cấp khí ẩm chạy qua ống làm lạnh, qua đó điều tiết được độ ẩm không khí cho nhà máy.

Ngay sau phát minh thành công này, công ty sản xuất máy điều hòa Carrier được thành lập và mảng nghiên cứu máy điều hòa được tích cực phát triển nhằm phục vụ cho các nhà máy, văn phòng, trung tâm thương mại…

Tuy nhiên, hệ thống của Carrier cũng tồn tại một số rủi ro khi sử dụng amoniac là một hợp chất hóa học có độc tính cao, trong khi giá thành lắp đặt máy cũng khá tốn kém và kích thước của cả hệ thống không hề nhỏ.

Ban đầu, hệ thống điều hòa này chủ yếu lắp đặt cho nhà máy và những hộ gia đình siêu giàu với biệt thự cỡ lớn.

Năm 1902, Trung tâm giao dịch chứng khoán New York đã lắp đặt hệ thống điều hòa làm lạnh và lò sưởi ấm song song được thiết kế bởi kỹ sư Alfred Wolff. Đến năm 1914, hệ thống điều hòa lần đầu tiên được lắp cho một biệt thự cá nhân tại Minneapolis do Carrier chế tạo. Kích thước của cỗ máy khá lớn với chiều cao 2,1 m, rộng 1,8m và dài gần 7m. Hàng năm, căn biệt thự này phải chi tới hơn 60.000 USD để bảo trì toàn bộ hệ thống.

Bất chấp những rủi ro và giá cả đắt đỏ của hệ thống điều hòa, người dân thời kỳ này vẫn háo hức với những phát minh mới cùng với ý tưởng điều khiển nhiệt độ. Mặc dù quan điểm bảo thủ của tôn giáo về chúa trời và các yếu tố khác có cản trở nhưng hệ thống điều hòa không khí vẫn trở thành một trong những nguyên nhân thúc đẩy các ngành như thực phẩm, dược phẩm, dệt may…

Năm 1917, hệ thống điều hòa lần đầu tiên được lắp cho rạp phim ở Alabama-Mỹ và kể từ đó, chúng nhanh chóng được phổ biến rộng rãi tại các trung tâm do nhận được sự hưởng ứng nhiệt tình của khách hàng. Năm 1922, Carrier tìm cách thay thế được chất amoniac bằng dielene an toàn hơn, cũng như giảm kích thước cho máy điều hòa. Kể từ đây, sản phẩm này được sử dụng tại nhiều nơi như bách hóa, cao ốc, trạm tàu hòa…

Liên tiếp những năm sau đó, hệ thống máy điều hòa được cải tiến với hàng loạt các loại khí không độc hại được ứng dụng. Đến năm 1931, H H Schultz và J Q Sherman đã chế tạo thành công chiếc máy điều hòa đặt vừa bệ cửa sổ làm mát cho 1 căn phòng. Như vậy, điều hòa không khí đã chính thức len lỏi được vào mọi mặt của đời sống, từ sản xuất cho đến sinh hoạt cá nhân.

Dẫu vậy, mức giá máy điều hòa thời kỳ này vẫn khá đắt, vào khoảng 10.000-50.000 USD (tương đương 120.000-600.000 USD hiện nay theo tỷ lệ lạm phát) và chủ yếu được giới siêu giàu sử dụng.

Thế chiến II và sự phổ cập điều hòa không khí

Giai đoạn thập niên 1930, khủng hoảng kinh tế khiến việc nghiên cứu phát triển điều hòa bị chững lại. Thế rồi Thế chiến II nổ ra khiến điều hòa chủ yếu được dùng trong quân đội để làm lạnh thức ăn cho binh sĩ hoặc làm mát máy bay.

Sau thế chiến II, sự gia tăng của những nhà máy sản xuất điều hòa cho quân đội đã tạo nguồn cung lớn cho mặt hàng này, qua đó giảm giá thành và để mọi người dân hưởng lợi. Đến năm 1946, khoảng 30.000 máy điều hòa được sản xuất và cung ứng tại Mỹ thì con số này đã nhảy lên hơn 1 triệu vào năm 1953.

Liên tiếp các năm 1957, 1969, công nghệ điều hòa có những bước đột phá quan trọng đóng góp cho sự phát triển của thế giới. Thậm chí vào năm 1987, Liên Hiệp Quốc phải ban hành nghị định thư Montreal nhằm bảo vệ tầng ozone của trái đất, khuyến nghị các quốc gia hạn chế sử dụng kỹ thuật làm lạnh CFC của điều hòa và tủ lạnh thải chất ô nhiễm môi trường.

Hiện nay, điều hòa đóng vai trò khá quan trọng trong đời sống người dân, nhất là những ngày nóng. Một cuộc điều tra cho thấy điều hòa không khí đã giúp làm giảm khoảng 80% số vụ tử vong tại Mỹ do thời tiết năng nóng trong vòng 50 năm qua. Một nghiên cứu khá thì chỉ ra hàng năm mỗi gia đình Mỹ chi khoảng 2.000 USD cho năng lượng và 50% số tiền này là cho điều hòa nhiệt độ.

Báo cáo của cơ quan thông tin năng lượng Mỹ (EIA) cũng cho thấy điều hòa hiện nay tiêu tốn ít hơn 50% năng lượng so với thập niên 1990 và hơn 90% số hộ gia đình Mỹ hiện nay có sử dụng sản phẩm này.

AB-Tổng hợp