固态空调承诺清凉未来？科学家存疑

连续三年创纪录的高温热浪之后，今年可能又是一个“烧烤年”。空调——这个人类对抗酷暑的终极武器，注定不会退出历史舞台。国际能源署预测，到2050年全球空调装机量将翻三倍。这无疑对健康有益——据《柳叶刀》研究，仅2019年空调就避免了近20万例过早死亡——但对地球却是沉重负担。

传统空调的环境代价

传统空调不仅消耗大量电力（约占全球建筑用电总量的20%），其使用的氢氟碳化物制冷剂更是强效温室气体，部分制冷剂的全球变暖潜能值可达二氧化碳的数千倍。与此同时，空调排出的热风还会加剧城市热岛效应，形成“越热越开空调，越开空调越热”的恶性循环。

固态空调：新希望的诞生

正是在这样的背景下，固态空调技术走进了公众视野。与依赖压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀的传统蒸气压缩循环不同，固态空调利用电致伸缩效应、磁热效应或电热效应等物理原理实现温度调控。例如，某初创公司开发的电热聚合物薄膜，在施加电场后可通过相变吸收和释放热量，无需任何制冷剂。

今年6月，又一家名为“CoolCore”的美国公司宣布成功研发出首款商业化固态窗式空调样机，声称其能效比传统空调提升30%，且完全采用固体材料，零制冷剂泄漏风险。原型机已通过初步测试，预计2028年正式上市。

“固态空调听起来很美好——无压缩机、无制冷剂、维护成本低。但我们需要看到大规模量产时的真实能效数据，以及它能否承受持续极端高温工况。” —— 加州大学伯克利分校热能工程教授 王丽华

科学家为何“不那么确定”

尽管固态空调概念颇具诱惑力，但许多热力学和材料科学家持谨慎态度。主要挑战有三：

第一，材料疲劳。电热或磁热材料在反复循环中会逐渐退化，稳定性和寿命远不如传统压缩机。实验室中的数千次循环难以模拟实际使用十年的情况。

第二，温差限制。目前固态空调大多只能实现15-20°C的温差，而传统空调可轻松达到40°C以上。这意味着在极热地区（如沙漠气候），固态空调可能难以将室内温度降至舒适区间。

第三，成本高昂。电热聚合物或磁热合金的制造成本目前仍比铜管和铝翅片高出一个数量级。即便能效更高，消费者是否愿意支付数倍溢价仍是未知数。

行业背景与技术路线

事实上，固态制冷并非全新概念。早在20世纪80年代，磁热制冷技术就曾在材料学界引发过热潮，但始终未能解决钆等磁热材料的高成本问题。近年来，电热弛豫铁电陶瓷和聚合物薄膜的突破，以及全球对基加利修正案（逐步削减HFC）的承诺，再次为固态空调注入了资本和关注度。目前全球至少有20家创业公司聚焦固态制冷赛道，其中一半集中在中美欧三个地区。

编者按：冷静看待“黑科技”

固态空调无疑代表了冷却技术的一个新可能，尤其是在数据中心、电动汽车热管理等特殊场景中，其紧凑、无声、无振动的特点颇具优势。但将其作为替代全球数十亿台传统空调的方案，仍需跨越材料、制造、标准和用户认知的多重鸿沟。未来五年，我们很可能看到更多“酷炫”的样机，但真正走进千家万户，或许要等到2035年以后。在此之前，提高传统空调的能效标准、推广天然制冷剂（如R290丙烷）以及发展区域供冷网络，仍是更稳妥的减排路径。

本文编译自MIT Technology Review