剛剛過去的七月是人類歷史上有記錄以來最熱的月份。熱浪打破了全球各地的溫度記錄，甚至在南半球的冬季給智利和阿根廷帶來了夏季般的溫度。這不僅僅是令人不適的悶熱問題。極端高溫是所有天氣事件中最致命的；僅在美國，每年因高溫喪生的人數就超過了洪水、龍捲風和颶風的總和。隨著氣候變化日益惡化，獲得人工降溫空間正迅速成為一種健康必需品，以及一項基本人權問題。
然而，標準空調系統已將我們困在一個負反饋迴圈中：天氣越熱，人們越頻繁地開啟空調，結果導致能源消耗越多（溫室氣體排放也越多）。牛津大學研究可持續製冷的工程師妮可·米蘭達表示：“我們正處於一個惡性迴圈之中，而且這不僅是一個惡性迴圈，還是一個加速的迴圈。”國際能源署（IEA）2018年的資料顯示，製冷是建築物中能源使用量增長最快的單一來源。根據一切照舊的情景預測，國際能源署預計，到2050年，全球製冷領域的年度能源需求將增加兩倍以上。這將增加4000多太瓦時，大約相當於整個美國一年的能源消耗量。
越來越明顯的是，人類無法依靠我們使用近一個世紀的相同空調技術來擺脫氣候變化。打破這個迴圈需要新的創新，以幫助更多人用更小的環境影響獲得涼爽的空氣。
當前空調系統的一個眾所周知的問題是它們對製冷劑化學物質的依賴，其中許多化學物質是強效溫室氣體。一些專案旨在用危害較小的冷卻劑取代這些物質，但即使他們這樣做了，製冷劑也僅佔空調氣候影響的一小部分。勞倫斯伯克利國家實驗室全球製冷效率專案主任尼哈爾·沙阿表示，目前，標準空調裝置約80%的氣候變暖排放來自為其供電所消耗的能源。沙阿解釋說，最近的許多工作都集中在提高壓縮機和熱交換器的能源效率上，這些都是標準空調設計的組成部分。然而，更具雄心的專案旨在首先減少這些元件必須完成的工作量。
沙阿說，標準空調系統透過一種相對低效的機制同時製冷和除溼：為了將空氣中的水冷凝出來，它們會將空氣過度冷卻到超出舒適點的溫度。因此，許多新設計將除溼和製冷過程分開，從而避免了過度冷卻的需要。
例如，一些較新的空調設計使用乾燥劑材料（類似於您在牛肉乾袋或藥瓶中可能找到的矽膠包）從空氣中吸取水分。然後可以將乾燥的空氣冷卻到更合理的溫度。這個過程可能需要一些額外的能量，因為乾燥劑需要使用熱量“充電”。但是，包括位於馬薩諸塞州薩默維爾的初創公司Transaera在內的一些公司，會回收製冷過程產生的熱量來為乾燥劑充電。Transaera 聲稱，其正在開發的系統可以比普通標準空調裝置減少 35% 的能源消耗。
當除溼與蒸發冷卻相結合時，可以實現更大的效率提升，這完全消除了稱為蒸汽壓縮的能源密集型過程。蒸汽壓縮是標準空調工作所採用的系統，它使製冷劑在迴圈中移動，在迴圈中，製冷劑不斷地被冷凝和膨脹，使其能夠從內部吸收熱量並將熱量釋放到外部。相反，蒸發冷卻是更簡單的過程。它與我們出汗使皮膚降溫的過程相同：當水從液體變成氣體時，它會吸收熱量。簡易的“溼簾式冷卻器”（swamp cooler），即風扇對著冰塊吹風的裝置，工作原理相同。在乾燥的氣候中，人們使用蒸發冷卻已有數千年曆史。例如，在古代伊朗，人們建造了yakhchāl——大型圓錐形粘土結構，帶有太陽能煙囪——利用空氣流通和附近水的蒸發來降低溫度，使其能夠在冬天製冰並在整個夏天儲存起來。
但這種策略也會增加空氣的溼度，因此作為一種冷卻系統，它往往只在天氣炎熱乾燥時才有效；如果溼度超過一定程度，它就會抵消降低溫度帶來的舒適感提升。為了解決這個問題，包括哈佛大學 cSNAP 團隊在內的研究小組設計了空調裝置，該裝置使用疏水屏障進行蒸發冷卻，同時阻止溼度。額外的好處是，完全不涉及製冷劑——製冷劑通常是溫室氣體，其效力是二氧化碳的許多倍。“我們期望提供能效提高 75% 的空調，”哈佛大學建築學助理教授、cSNAP 的首席設計師之一喬納森·格林漢姆說。
與此同時，總部位於佛羅里達州的公司 Blue Frontier 正在試用一種商用空調系統，該系統基於乾燥劑（在本例中為液態鹽溶液）和蒸發冷卻。該公司執行長丹尼爾·貝茨解釋說，這種設計可以乾燥空氣，然後將其分成兩個相鄰的氣流。其中一股氣流透過重新引入水分和蒸發而直接冷卻。另一股氣流保持乾燥，並透過流經薄鋁壁來冷卻，薄鋁壁從第一股氣流中吸收冷空氣——但不吸收溼度。然後，液態鹽乾燥劑透過熱泵系統執行以進行充電。為了最大限度地提高效率，熱泵可以在夜間電網壓力最小時執行，然後可以將乾燥劑儲存起來，以在一天中最熱的時候使用。貝茨聲稱，根據該公司的現場試驗，“我們預計能源消耗將減少 50% 到 90%”。
但 Blue Frontier、cSNAP 和 Transaera 尚未從測試階段走向市場。所有三個團隊都預測，他們至少還需要幾年時間才能實現商業釋出。即使到那時，也會有一些障礙可能會阻止新系統取代傳統空調。這些障礙包括相對較高的製造成本和安裝成本、行業慣性以及激勵廉價系統而非高效系統的政策。
沙阿說，即使採用一些最好的技術，僅靠效率提升可能也不足以抵消普遍預期的空調使用量激增。根據最佳情況模型，國際能源署預測，由於需求上升，未來 25 年全球製冷所需的能源將比現在增加 50%。僅僅用更好的型號更換每臺現有空調並不能解決問題。相反，真正涼爽的未來將不得不採用其他被動策略，這些策略依賴於城市規劃和建築設計，以最大限度地減少對製冷的需求。沙阿和米蘭達都表示，將綠化和水體引入城市景觀、遮蔽窗戶、定位新建築物以利用自然氣流以及對建築物進行改造，使其具有更好的隔熱性和可以將熱量傳送到太空的反射面板，這些都至關重要。
非營利組織 ClimateWorks 的能源效率專家斯內哈·薩查爾說：“製冷是一項多方面挑戰。沒有一種策略或一種答案可以解決所有問題。”我們需要更好的建築物和城市、更好的技術以及更好的認識，即空調的真正成本不僅僅是電費。“我們在世界一個地方所做的事情會影響整個全球環境，”薩查爾說。