难以想象一个没有风扇的世界 | 科技

逍影歌 逍影成长利器 2019-08-25


每天出门,一路上看到多数女孩,手里都拿着一个小风扇,风力虽小,但也在炎热的通勤路上求得一丝清凉。

风扇很有意思,它没有太多科技含量,它不像冰箱和空调会制冷,但它却是非常普遍的一种电器。这么多年来,夏天可以没有冰箱,可以没有空调,但几乎不能没有风扇。

夏天三件套(空调冰箱、风扇),为何把风扇放在最后?老实说,你可以想象一个没有风扇的夏天,却很难去想象一个没有风扇的世界。

电风扇,可以算得上人类历史上的重要发明之一,因为它是其它先进技术的基石。电脑机箱里有它,大型LED灯里有它,嗡嗡作响的机房有它,电吹风里有它,往大说,它可以是洗手间的排气扇、空调外机箱的排气扇、汽车里的散热扇,甚至飞机两翼的涡轮机,这些都是电风扇在悄悄地刷存在感。

▲机箱里的散热扇

没有电风扇,如今的文明估计要再等好久,才能到来。

这么重要的科技产品,我们也只有到夏天才会想起来,我们总是把它跟降温联系在一起。小时,大人总爱训话,「你别开了空调,还开风扇呀,这多浪费电呀」,他们以为空调和风扇都是制冷的,但打脸的现实是:风扇并不制冷

只散热,不制冷

你会觉得奇怪了,「明明用风扇来降温,怎么能说它不制冷呢?」制冷,还是找你的空调吧,别为难一个风扇。

事实上,空调的最佳伴侣,就是电风扇。先不说空调本身就包含风扇,我的意思是,当你开空调时,最好加个风扇。这并不只是为了凉爽。

▲搭配空调效果更佳

电风扇负责的是「散热」,也就是空气流通,空调才负责制冷,它们搭配使用,不但解决房间快速降温的问题,减少空调的运作时间和压力,而且促进室内空气流通,在一定程度上也能提升舒适度。貌似开了两个电器,实际效果反而更省电。

风扇让冷风更柔和地遍布整个房间,让室内冷空气流通,也就不用通宵开空调,一般定时1-2小时,空调停止工作后,风扇送来的风,让你夜里不会被热醒。

那风扇如何为你散热?关键是风扇产生风,夏天你身体会产生汗水,带走你体内的热量,风经过你的身体,会加速你皮肤上的汗水蒸发,汗水蒸发就会从你的表皮带走热量,所以你的体表温度会下降,你就会感觉凉了。哈,舒服了。

▲风扇提升室内空气流通

而风扇产生风,是因为扇叶旋转,会涡流,把背后的空气,抽走,在风扇后形成低气压,周围空气会补充进去,不断循环,就让空间里的空气不断流动。

由于风扇不能制冷,所以它的降温也是有极限的。如果外部环境的温度过高,已经接近人体体温,那人体的热量难以释放出来,这时风扇也没什么用,相反它会带走你的水分,让你觉得有些脱水。这在夏天反而更加危险。

既然「散热」是风扇的功能,你也会好奇,风扇当初是不是因为散热才被发明出来的?没错。

老古董家族的进化史

风扇,真的算是老古董的科技产品,确实比较特殊。

跟其它科技相比,它几乎没有什么翻天覆地的改变,你会发现它的基本构造就是「转轴+扇叶」,很少发生变化。最大的进步,在于驱动力的变化,从手动到机械传动,再到电力驱动。

有多老呢?早在公元前500年,古印度就用竹条等植物纤维,编织成手持式风扇,用手动来旋转,产生气流。一边费力流汗地转着风扇,一边吹着风,说真凉快,哈哈……

大天朝也不甘示弱,早在西汉,公元180年,就已经有比较成熟的风扇,汉代工匠丁欢,发明了一种七扇叶的手动旋转风扇,都是手摇,但比印度兄弟已经进步了。到唐朝,意识到手摇费力不讨好,尝试用水力来驱动风扇旋转,这时有风可就真凉快。到了宋朝,风扇已经是相对普遍的民间用品,只是相对受限于动力源。

▲清朝的发条风扇

作为科技产品,还是需要搞懂科学原理才能进步。这功劳只能交给欧洲兄弟,作为科技排头兵,他们可真没让世界人民失望。

17世纪,欧洲科学家发现了真空和气流的基本原理,这些名字略长的科学家,包括Otto von Guericke,Robert Hooke和Robert Boyle等,他们才是真牛,帮后来的科技改进,铺平了道路。

早在发现原理前,已经有类似风扇的技术,那时叫旋转风机,在1500年左右,德国的矿物学家Georg Agricola,用它来为矿井通风,当时只是觉得好用,好没搞定原理。

英国工程师觉得不能再坐视不管,于是在1727年,John Theophilus Desaguliers在气流原理的基础上,做出了真正意义上的「排气扇」,为煤矿兄弟带来福音,把煤矿里的瓦斯气体抽出来,保证工人的安全。John 觉得只用在煤矿上,有点浪费才能,他尝试为会议室安装类似装置。在蒸汽革命到来之前,主要还是靠人力和畜力来驱动。

▲19世纪蒸汽革命到来

很快,进入19世纪的蒸汽革命,英国最快用上了蒸汽动力,发明家们开始改进风扇,给展会、医院,装上风扇,用机械来传动,让这些人群聚集的室内,第一次有了「风」。

前面说了,风扇这种科技,基本就是等着驱动力的创新。所以,哪有新动力,新的风扇系统就会出现在哪。蒸汽革命被英国抢先,而到了1870年以后,迎来了电气革命,这时美国走在了前头。

▲第一台「电风扇」

第一台「电风扇」就诞生在1882年。一位美国的电气工程师Schuyler Wheeler,由于平时从事的就是电动机的工作,他尝试在电动机的轴上,放置了双叶螺旋桨,结果产生了风。这位22岁的年轻工程师,不得了,不仅发明电风扇,后来还发明了电梯、电动消防车,参与了发电机等研发。

有了「电风扇」的尝试,风扇的作用逐渐被大众接受。市场上开始出现了电动吊扇,除了抽风散热,人们也开始利用它来吹凉。进入20世纪,日本人在家电上发力,大规模生产家用电风扇,奠定了风扇在家电中的地位。

▲日本的怀旧风扇家电

随着技术成熟,20世界下半叶,风扇的应用范围越来越广,它的家族也开始扩大。工业里的钢铁风机,汽车里的散热系统,空调的外机箱,刚刚兴起计算机也有了散热扇,后续航空航天也需要这样的小部件去支持。风扇大家族丰富起来,而且走入了各行各业。

如今,风扇的进化还没停止脚步,在更细节的层面上不断改进。

风起来,扇叶都可以不要

我们谈日常中使用到的风扇,它尽管外形依旧如此,但在用户体验上,可以耗费了大量的心思。

作为贴身电器,静音是首要被考虑的问题。想想晚上睡觉,一个大家伙嗡嗡响,实在受不了。厂家尝试降低风速,或者增加扇叶,让风更加均匀和柔和,减少运行时的噪声。

▲静音风扇

其次,风扇吹出的风,也值得研究。人们不再想要猛烈直吹的硬风,而想要追寻那个舒服的自然风。模拟自然风,可能吗?

可能。这交给擅长细节的日本人来完成。2018年早稻田大学的师生因一次郊游,观察稻田有感而发。专门成立风力研究团队,来捕捉水稻在风中的摇摆轨迹,建立数学模型去计算和推导,改进传统的循环扇,最终研发出全球第一个360度旋转的「稻田扇。」

这种风扇吹出来的风,堪称自然风,能精确控制感温风速0.8-5.5m/s,日本人调出了最适合亚洲人体感温的风速,既能实现远距离送风,又能保证人体的舒适度,带来极佳的吹风体验。

▲日本稻田扇

再者,风扇运行的省电也会受到关注,开始出现了智能感应人体的风扇。还是日本人,Irisohyama公司在电风扇上安装了检测人体的传感器,根据风扇摆动时检测的人体活动范围,它会自动调节水平摆动角度,有效将风吹到有人的区域,保证了用户的体验,又能节省能耗。

最后,还有一个无叶风扇。这看起来很牛,甚至外表看起来都不像传统的风扇,没有扇叶。这大有好处,一是没有外置的扇叶,就不会产生划伤人的风险,另一个是产生的风更加均匀,没有切割气流,产生的风更加持续和稳定。

实际上,无叶风扇还是有扇叶,它的扇叶内置在底座附近,也是旋转产生气流,在从空心圈中吹出来。实际能耗,跟普通风扇没有太大的差异,之所以被吹捧,估计是颜值比较好吧。

▲无叶风扇原理

风扇还会一直陪伴我们。也许这个夏天已经快结束了,但风扇早已融入生活方方面面,默默地支持着其它电器的运行。

再简单的科技,也有不为人所知的光辉岁月。那些最普通的,恰恰是最重要的。不要再忽视这些平日里服务我们的科技产品。

【参考文献】

1. https://www.newair.com/blogs/learn/six-of-the-best-uses-for-your-electric-fan

2. https://www.paramountind.com/your-guide-to-the-modern-electric-fan/

3. https://medium.com/@danplater/mans-not-hot-the-electric-fan-a-technological-breakthrough-eb84f005e58d

4. http://www.todayhot.com.cn/info/46089-1.html

5. https://www.cravingtech.com/dysons-new-innovation-a-bladeless-fan.html



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