Warren Johnson. Auf der Website der National Inventors Hall of Fame.
Viele Wohn- und Geschäftsgebäude in den Vereinigten Staaten verfügen über Heiz- und Kühlsysteme, die durch Thermostate gesteuert werden, normalerweise ein elektronisches Instrument, das die Temperatur in einem geschlossenen Raum erkennt und regelt, um eine gewünschte Solltemperatur aufrechtzuerhalten. Im Juli 2017 verfügten laut der US Energy Information Association 41 Prozent der amerikanischen Haushalte über einen programmierbaren Thermostat. Intelligente Thermostate, die automatisierte Funktionen zur Reduzierung des Energieverbrauchs bieten, erfreuen sich wachsender Beliebtheit und 4,5 Millionen Haushalte in Nordamerika verfügten 2015 über einen intelligenten Thermostat, ein Anstieg von 78 Prozent gegenüber 2014. Die kürzlich von Markets and Markets veröffentlichte globale Marktforschung zeigt, dass der weltweite Umsatz mit Heizungs-, Lüftungs- und Klimasteuerungen (HLK) voraussichtlich von 11 US-Dollar steigen wird.7 Milliarden im Jahr 2017 bis zu 27 Milliarden US-Dollar bis 2023 dank steigender Nachfrage nach Energieeffizienz und Gebäudeautomationssystemen.
Während Thermostate als moderner Komfort ziemlich allgegenwärtig sind, hat diese Technologie ihre bescheidenen Anfänge als Idee eines Lehrers aus dem 19. Warren Johnson einer der 2018 in die National Inventors Hall of Fame Aufgenommenen für seine Erfindung der automatischen Raumtemperaturregelung. Dieser Juli markiert den Jahrestag von zwei wegweisenden Patenten auf dem Gebiet der Temperaturregelung, für die Johnson diese Ehre erhielt. Heute kehren wir zu unserer Reihe Evolution of Technology zurück, um zu beleuchten, wie einer der wichtigsten Fortschritte in der modernen HLK-Technologie konzipiert und entwickelt wurde.
HLK-Geschichte Vom alten Rom bis zur Mitte des 19.Jahrhunderts
Während HLK-Systeme in den letzten 150 Jahren ihre größte Entwicklungsphase erlebt haben, versuchten die alten Kulturen, die Innentemperaturen auf verschiedene Weise zu regulieren, um warm zu bleiben. Im alten Rom war der Hypokaust in der Lage, heiße Bäder und andere öffentliche Gebäude zu heizen, indem er Brennstoff in einem unterirdischen Raum verbrannte und dann die warme Luft durch ein Rohrsystem zirkulierte, um die oberen Räume warm zu halten. Obwohl nach dem Römischen Reich viele Jahrhunderte lang Öfen zum Heizen von Räumen verwendet wurden, geht die Einführung moderner Heizsysteme in den Hochbau weitgehend auf die Arbeit des russischen Künstlers und Architekten Nikolay Lvov zurück, der Ende der 1700er Jahre ein Lüftungssystem für Gebäude entwickelte, um die von außen hereinkommende Luft zu erwärmen.
Systeme zur Wärmeregelung stammen aus den frühen 1600er Jahren mit der Arbeit des niederländischen Ingenieurs Cornelius Drebbel, der einen Hühnerbrutkasten entwickelte, der ein Quecksilbergerät verwendete, um die Temperatur der eingeschlossenen Luft automatisch zu steuern. Dies wird von vielen als das erste Thermostat der Welt sowie als eines der ersten rückkopplungsgesteuerten Geräte der Welt angesehen. In den 1830er Jahren entwickelte der schottische Chemiker Andrew Ure den ersten Thermostat, der die Temperatur für einen ganzen Raum regulieren sollte, um die Innentemperatur von Textilfabriken zu regulieren.
Warren Johnson Automatisiert die Raumtemperaturregelung, um Störungen im Klassenzimmer zu vermeiden
Geboren am 6. November 1847 in Leicester, Vermont, zog Warren Johnson mit seiner Familie in jungen Jahren nach Wisconsin und wurde später Lehrer an der State Normal School in Whitewater, heute bekannt als University of Wisconsin-Whitewater. Die Klassenzimmer waren Johnson unterrichtet wurden durch Heißluftöfen im Keller des Gebäudes beheizt. Die Schulverwalter kontrollierten die Wärme durch handbetriebene Klappen, die im Ofensystem installiert waren, und die Verwalter betraten jedes Klassenzimmer etwa einmal pro Stunde, um die Raumtemperatur zu bestimmen und die Klappen bei Bedarf einzustellen. Diese regelmäßigen Unterbrechungen störten Johnson und er machte sich daran, Technologien zu entwickeln, um sicherzustellen, dass die Klassenzimmer eine konstante Temperatur beibehielten.
Dieser 24.Juli markiert den 135.Jahrestag eines Patents, das Johnson 1883 für seine Thermostattechnologie erteilt wurde. US-Patent Nr. 281884, betitelt Elektrisches Telethermoskop, beanspruchte die Kombination eines metallischen Thermometers, das an einem freien Ende mit einem Stift versehen war, und des anderen Endes des Thermometers, das fest an der Achse eines Zahnrades befestigt und durch eine Schraube verstellbar war; Der Stift des Thermometers ist in einem vertikalen Schlitz auf einem Schwingbalken aufgenommen. Die resultierende Erfindung stellte ein Mittel zur Anzeige der Temperatur im Raum bereit, das einem Beobachter schnell anzeigte, ob ein Raum kalt oder warm war.
Während Johnsons erste Thermostaterfindung die Unterbrechungen der Depotbank während seines Unterrichts reduzierte, arbeitete er weiter an der Entwicklung von Systemen, die die Steuerung der Innentemperaturen automatisieren würden. Das erste automatische Mehrzonen-Temperaturregelsystem, das für die kommerzielle Anwendung geeignet war, wurde durch das US-Patent Nr. 542733 mit dem Titel Heat Regulating Apparatus geschützt und am 16.Juli 1895 herausgegeben. Sie beanspruchte eine Kombination aus Primär-, Sekundär- und Tertiärventilen, Fluiddruckmotoren zur Betätigung der Primär- und Sekundärventile und einen Thermostatmotor zur Betätigung der Tertiärventile. Das Primärventil regelte die Wärmezufuhr, das Sekundärventil steuerte den Fluiddruck im Primärventil und das Tertiärventil steuerte den Fluiddruck im Sekundärventil. Das Ventilsystem funktionierte, um Wohnungen von einer gemeinsamen Quelle zu heizen, während die Wärme in einzelne Räume abgeschaltet werden konnte, wenn die Temperatur im Raum eine gewünschte Grenze erreichte.
Johnson verließ die Lehre 1883, um sich auf die Entwicklung seiner Thermostat- und Heizungstechnologien zu konzentrieren. Er gründete die Johnson Electric Service Company, später Johnson Controls, um seine Technologie zu kommerzialisieren. Sein Raumtemperaturregelungssystem sollte im US-Kapitol, an der New Yorker Börse, in West Point und im Haus von Andrew Carnegie installiert werden. Johnson würde 50 US-Dollar verdienen. patente zu seinen Lebzeiten und im Jahr 2008 wurde das Johnson-System der Temperaturregelung als American Society of Mechanical Engineers (ASME) Historical Mechanical Engineering Landmark benannt.