五六月的長(zhǎng)安馬上就要熱起來了。歷史上，李世民不堪炎熱，多次外出行宮避暑。其中最近的是長(zhǎng)安南鐘南山的翠微宮，然后就是西北一百六十里的九成宮，以及正北方藥王山上的玉華宮。

    李世民晚年為了能在行宮避暑辦公，特地讓人在玉華宮大興土木，修建全套朝廷辦公用的配套的屋舍，雖然他下令“務(wù)從節(jié)儉，除了正殿都用茅草蓋頂”。但別的費(fèi)用可剩不下來，誰敢蓋一個(gè)會(huì)塌的房子給這幫高級(jí)官員住呢？

    所以，建造一個(gè)空調(diào)系統(tǒng)就是李治討好李世民的一個(gè)重要任務(wù)。說道空調(diào)，人們心里想到的是……耗電大戶。制冷劑泄漏，溫室效應(yīng)，壓縮機(jī)……等等等等。

    其實(shí)使用壓縮機(jī)蒸發(fā)器制冷的空調(diào)系統(tǒng)，工程上有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，第一，是節(jié)省空間。用很少的制冷劑，一個(gè)小的壓縮機(jī)和最占空間的冷凝器就可以完成比較大空間的制冷。第二就是熱效率還湊合。因?yàn)樗菬岜玫脑?，利用壓力的?qiáng)行的氣－液相變，使制冷劑裝載的熱量大于維持它相變轉(zhuǎn)換所需要的熱量。但這個(gè)不是說，它制造的能量大于它消耗的能量，只是說它在一定限度內(nèi)搬運(yùn)的熱量大于它消耗的能量。但這個(gè)熱量重新擴(kuò)散能夠帶來的能量則肯定不會(huì)大于它消耗的能量。因?yàn)槲矬w的內(nèi)能除了可以做功的部分（物理學(xué)稱為焓），還有不能轉(zhuǎn)化為能量的部分（稱為熵）。這些搬運(yùn)的熱量，用一個(gè)計(jì)算可以說明：

    空調(diào)運(yùn)行前，假設(shè)墻壁完全絕熱，室內(nèi)外空氣都是27度（約等于300k絕對(duì)溫度）。空調(diào)運(yùn)行消耗了1度電，算成能量是一千瓦時(shí)=3600千焦耳。現(xiàn)代市場(chǎng)上的空調(diào)出于節(jié)能考慮，能效比小于3的都是不允許銷售的。用3計(jì)算，那就是制冷量1080mj.

    這個(gè)是什么概念呢，空氣密度是1.2kg/m3，它的比熱容是1005j/(kg*k).

    如果這個(gè)房間30平（相當(dāng)大的一房間了）空氣量大概是84個(gè)立方。那么這1080mj可以讓這個(gè)房間的空氣下降幾度呢？（有人自己算嗎？）

    答案是10.66度。所以現(xiàn)在的房屋內(nèi)氣溫是15.3度，約合288k，它的壓力也改變了，也可以用熱力學(xué)公式來計(jì)算。那么，現(xiàn)在它的內(nèi)能損失了1080mj，不考慮氣體熱量的傳導(dǎo)損失，外界會(huì)把它的體積壓縮，這個(gè)過程中做的功就是轉(zhuǎn)移的這么多熱量可以重新轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的能量。如果這個(gè)能量大于消耗的能量（1度電），那么我們就可以從中制作一個(gè)永動(dòng)機(jī)。

    可能嗎？經(jīng)過計(jì)算，這個(gè)重新轉(zhuǎn)換出的機(jī)械能是多少呢……是237kj，僅僅是1080mj的……零頭都不到??！和用掉的能量比僅僅只是6.58%！可見，內(nèi)能，制冷量和機(jī)械能雖然都是能量，但真的是兩種概念?。?br/>
    首先利用理想氣體狀態(tài)方程pv=nrt計(jì)算出降溫后p=0.96p0，然后用pv^1.4=常數(shù)計(jì)算出絕熱壓縮過程p=1時(shí)v的改變值，最后用t*v^0.4=常數(shù)計(jì)算出溫度的改變值。最后這個(gè)機(jī)械能等于氣體內(nèi)能的改變量nr（t－288）/0.4（因?yàn)闆]有熱交換）。雖然這里沒有給出nr的值，但這個(gè)計(jì)算是可以完成的。

    此外，它的效能極大的受制冷劑的制約：比如說臭名昭著的氟利昂。在現(xiàn)代的冰箱和空調(diào)中，氟利昂和氟利昂的代用品有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，就是它氣化的時(shí)候能夠吸收大量的熱。同樣，它的氣體被壓縮為液體的時(shí)候也能夠放出大量的熱。而且它的這個(gè)氣相液相變曲線的溫度正好在冰箱和空調(diào)的工作溫度的兩側(cè)。

    水之所以無法用作這樣的制冷劑，就是因?yàn)樗焖贇饣臏囟群芨撸?00度），理論上來說，在氣溫400度的金星上，它就可以做極其優(yōu)良的空調(diào)制冷劑。

    在地球上，制冷的溫度如果低于了水的沸點(diǎn)，效率就會(huì)很低直至無法工作。但其實(shí)，空調(diào)扇也是通過水氣化吸熱的原理工作的，因此這也是一個(gè)簡(jiǎn)易空調(diào)。水是作為一種無法代替的制冷劑存在——它不要錢，而且容易獲得。

    低溫工程中，使用的能夠把溫度降到4開爾文一下的制冷原理，不是蒸發(fā)制冷原理，而是氣體膨脹吸熱的原理。

    可是，這個(gè)拿到空調(diào)上用，真的合適嗎？

    合適??！因?yàn)檫@個(gè)簡(jiǎn)單的空調(diào)，不需要冷卻劑也不需要蒸發(fā)皿。而且皇室用品，完全不用考慮安裝空間的大小，也不用考慮工業(yè)生產(chǎn)成本方面的問題。

    因?yàn)樗墓ぷ鹘橘|(zhì)就是空氣本身，這也是一種不用考慮補(bǔ)給和維護(hù)的。

    讓我們繼續(xù)剛才的繼續(xù)，如果我們把空氣等溫壓縮到5個(gè)大氣壓，然后通過一個(gè)噴嘴進(jìn)行放氣，就像給輪胎放氣一樣。你的經(jīng)驗(yàn)告訴你，那樣確實(shí)會(huì)降低溫度，而不僅僅是被吹風(fēng)吹出來的心理作用。

    這個(gè)過程是等效剛才的計(jì)算中的絕熱膨脹（壓縮）過程的。因?yàn)榭諝庠诳焖倥蛎涍^程中，熱量來不及交換。也正因?yàn)樗恰敖^熱的”，所以才會(huì)產(chǎn)生降溫，不是嗎？

    實(shí)際上，常用的三種非壓縮冷凝式的制冷方式分別是：斯特林循環(huán)，絕熱膨脹和焦耳－湯普森膨脹。這三種其實(shí)都是通過氣體膨脹做功而使溫度降低的。具體的說，最后一種膨脹，更利用氣體通過節(jié)流閥膨脹，利用需要克服氣體分子間的范德華力而做工，產(chǎn)生降溫帶走熱量的效果。（這個(gè)過程還因?yàn)闅怏w分子的運(yùn)動(dòng)特xìng具有一個(gè)溫度逆變特xìng，這就留給有興趣的人挖吧。）

    剛才的計(jì)算就是一個(gè)絕熱膨脹的逆過程——絕熱壓縮的過程。簡(jiǎn)單跳過這個(gè)計(jì)算，用一個(gè)簡(jiǎn)單的公式計(jì)算這個(gè)理論條件下降溫量和效率的關(guān)系吧。這個(gè)理論上的效率就是卡諾循環(huán)的制冷效率。（卡諾循環(huán)是可逆循環(huán)，在作為熱機(jī)使用時(shí)，它的效率表示熱能轉(zhuǎn)為機(jī)械能做功的效率）

    那就是制冷效率等于低溫處以高溫和低溫的差值。比如，低溫超導(dǎo)需要把溫度降到4.2k，那么如果從室溫300k開始降溫，這個(gè)效率就只有4.2/（300－4.2）=1.4%。意味著每花掉1度電，才只有5.4kj的熱量被帶走。這和通常用的空調(diào)比真是差太遠(yuǎn)了不是嗎？

    恩，所以這個(gè)問題是要考慮降溫的目標(biāo)溫度的。

    按照氣溫每升高一千米降低6度的通常數(shù)據(jù)，李世民跑到海拔2000+的翠微宮或者玉華宮避暑，可以享受到10+度的降溫，基本上相當(dāng)于現(xiàn)代人在30多度的時(shí)候開空調(diào)，把氣溫降到20多度左右。

    這意味著，李治要設(shè)計(jì)的土空調(diào)要把氣溫從303k降到293k。為了保證制冷傳熱上的效果，這個(gè)空調(diào)的出風(fēng)或者說冷卻器的風(fēng)溫度調(diào)到280k（7攝氏度）比較保險(xiǎn)。

    所以他的土空調(diào)的理論效率就是280/23=1217%……我cāo，怎么這么大的數(shù)據(jù)唉？是不是一下子就把現(xiàn)代的空調(diào)比下去了。如果空調(diào)出風(fēng)溫度不是280k，提高到290k，那這個(gè)效率更是要提高到恐怖的22！

    如果非要和現(xiàn)代空調(diào)家電做個(gè)比較，你家1300瓦的空調(diào)，只有4千瓦的制冷量。那我家333瓦的卡諾制冷機(jī)，就可以達(dá)到同樣的效果。電費(fèi)足足省了75%啊親！

    （話說，筆者是個(gè)紙上談兵的人，實(shí)在是理解不了為什么現(xiàn)代空調(diào)的制冷效率僅僅只有3……如果空調(diào)產(chǎn)業(yè)把這個(gè)數(shù)據(jù)提高到6，那么很多城市夏天缺電的問題就完全解決了。另外，卡諾機(jī)做熱泵，制熱量也是同樣的計(jì)算，那么冬天的暖氣燒一度電就相當(dāng)于22個(gè)電暖器的效果，這樣不是就省太多電了嗎！莫非是電廠不愿意咱們省電？）

    同理，如果使用熱泵作為熱水加熱的熱源，如果你要在290k的供水水溫下，洗到60度（333k）的熱水，那么你的電費(fèi)，就要降到原來的七分之一……不要覺得我是吹牛，你自己百度，看看現(xiàn)代空調(diào)怎么解釋制冷量和制熱量吧。在筆者看來，直接拿電阻絲加熱是對(duì)能源的最低劣的浪費(fèi)，是對(duì)人類智商的最大的侮辱！絕對(duì)是五大發(fā)電集團(tuán)兩大電網(wǎng)集團(tuán)最**裸最黑漆漆的yīn謀！

    為了嘲諷愚蠢的現(xiàn)代人，筆者決定把這個(gè)牛逼的空調(diào)在唐朝就建造出來。并且使用真正的馬匹作為動(dòng)力。

    以后唐代的達(dá)官貴人見了面，就這么打招呼：“張公，你家空調(diào)幾匹馬拉的？”

    “八匹?。⌒Ч鞘莿倓偟?！李公，你家的呢？”

    “我家買不起那么多馬，只有兩匹，但也是夠用了！”

    請(qǐng)注意，人家兩匹馬的空調(diào)，相當(dāng)于你家8匹馬力，6kw級(jí)別的大空調(diào)哦！一般人絕對(duì)開不起。羨慕吧！人家還活在唐朝哎！格力啊什么美的真的可以買塊豆腐一頭撞死算了！

    這個(gè)空調(diào)的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單的難以置信。

    一個(gè)轉(zhuǎn)盤（給馬拉的）一個(gè)氣缸，一個(gè)活塞，一個(gè)閥門（焦耳－湯普森閥門），再加上傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，一點(diǎn)點(diǎn)熱交換和壓力管道就可以了！

    還要什么冷卻劑？吃屎去吧！