Warren Johnson. Sur le site Web du Temple de la renommée des Inventeurs nationaux.
De nombreux bâtiments résidentiels et commerciaux aux États-Unis disposent de systèmes de chauffage et de refroidissement contrôlés par des thermostats, généralement un instrument électronique conçu pour détecter et réguler la température dans un espace clos afin de maintenir une température de consigne souhaitée. En juillet 2017, 41% des foyers américains disposaient d’un thermostat programmable selon l’Association américaine d’information sur l’énergie. Les thermostats intelligents qui offrent des fonctions automatisées pour réduire la consommation d’énergie gagnent en popularité et 4,5 millions de foyers en Amérique du Nord avaient un thermostat intelligent en 2015, une augmentation de 78% par rapport à 2014. Une étude de marché mondiale récemment publiée par Markets and Markets indique que les revenus mondiaux des commandes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) devraient passer de 11 dollars.7 milliards en 2017 jusqu’à 27 milliards de dollars d’ici 2023 grâce à la demande croissante de systèmes d’efficacité énergétique et d’automatisation des bâtiments.
Alors que les thermostats sont assez omniprésents en tant que commodité moderne, cette technologie a ses humbles débuts comme l’idée originale d’un enseignant du 19ème siècle qui essayait de garder sa salle de classe des perturbations constantes des gardiens. Warren Johnson l’un des intronisés en 2018 au National Inventors Hall of Fame pour son invention du contrôle automatique de la température ambiante. Ce mois de juillet marque l’anniversaire de deux brevets fondateurs dans le domaine du contrôle de la température pour lesquels Johnson a reçu cet honneur. Aujourd’hui, nous revenons à notre série Evolution of Technology pour faire la lumière sur la façon dont l’une des avancées les plus importantes de la technologie CVC moderne a été conçue et développée.
Histoire du CVC De la Rome antique au milieu du 19ème siècle
Alors que les systèmes CVC ont connu leur plus grande période de développement au cours des 150 dernières années, les cultures anciennes ont essayé de réguler les températures intérieures pour rester au chaud de diverses manières. Dans la Rome antique, l’hypocauste était capable de chauffer des bains chauds et d’autres bâtiments publics en brûlant du combustible dans une pièce souterraine, puis en faisant circuler l’air chaud à travers un système de tuyaux pour garder les pièces supérieures au chaud. Bien que les poêles aient été utilisés pour chauffer les pièces pendant de nombreux siècles après l’Empire romain, l’introduction de systèmes de chauffage modernes dans la construction de bâtiments remonte en grande partie au travail de l’artiste et architecte russe Nikolay Lvov qui, à la fin des années 1700, a conçu un système de ventilation pour les bâtiments pour chauffer l’air venant de l’extérieur.
Les systèmes de contrôle de la chaleur remontent au début des années 1600 avec les travaux de l’ingénieur néerlandais Cornelius Drebbel, qui a développé un incubateur de poulet qui utilisait un dispositif à mercure pour contrôler automatiquement la température de l’air enfermé. Ceci est considéré par beaucoup comme le premier thermostat au monde ainsi que l’un des premiers dispositifs contrôlés par rétroaction au monde. Dans les années 1830, le chimiste écossais Andrew Ure a développé le premier thermostat conçu pour réguler la température d’une pièce entière dans le but de réguler la température intérieure des usines de textile.
Warren Johnson Automatise le Contrôle de la Température Ambiante pour Éliminer les perturbations dans les salles de classe
Né le 6 novembre 1847 à Leicester, dans le Vermont, Warren Johnson déménage très jeune avec sa famille dans le Wisconsin et deviendra plus tard enseignant à l’École normale d’État de Whitewater, maintenant connue sous le nom d’Université du Wisconsin-Whitewater. Les salles de classe enseignées par Johnson étaient chauffées par des fours à air chaud fonctionnant au sous-sol du bâtiment. Les gardiens de l’école contrôlaient la chaleur grâce à des amortisseurs manuels installés dans le système de fournaise et les gardiens entraient dans chaque salle de classe environ une fois par heure pour évaluer la température ambiante et ajuster les amortisseurs si nécessaire. Ces interruptions régulières ont perturbé Johnson et il a entrepris de développer des technologies pour s’assurer que les salles de classe maintenaient une température constante.
Ce 24 juillet marque le 135e anniversaire d’un brevet délivré à Johnson en 1883 couvrant sa technologie de thermostat. Brevet américain No. Le document 281884, intitulé Télé-Thermoscope électrique, revendiquait la combinaison d’un thermomètre métallique muni d’une goupille à une extrémité libre et l’autre extrémité du thermomètre étant fermement fixée à l’axe d’une roue dentée et réglable par une vis ; la goupille du thermomètre est reçue dans une fente verticale sur une poutre oscillante. L’invention résultante fournit un moyen d’indication de la température dans la pièce qui indique rapidement à un observateur si une pièce est froide ou chaude.
Alors que la première invention de thermostat de Johnson réduisait les interruptions des gardiens pendant ses cours, il a continué à développer des systèmes qui automatiseraient le travail de contrôle des températures intérieures. Le premier système de contrôle automatique de la température multizone réalisable pour une application commerciale a été protégé par le brevet américain n ° 542733, intitulé Appareil de régulation de la chaleur et publié le 16 juillet 1895. Elle revendiquait une combinaison de vannes primaires, secondaires et tertiaires, de moteurs à pression de fluide pour actionner les vannes primaires et secondaires et d’un moteur thermostatique pour actionner les vannes tertiaires. La vanne primaire régule l’alimentation en chaleur, la vanne secondaire contrôle la pression du fluide dans la vanne primaire et la vanne tertiaire contrôle la pression du fluide dans la vanne secondaire. Le système de vannes fonctionnait pour chauffer les appartements à partir d’une source commune tout en permettant de couper la chaleur vers des pièces individuelles lorsque la température dans la pièce atteint une limite souhaitée.
Johnson quitta l’enseignement en 1883 pour se concentrer sur le développement de ses technologies de thermostat et de chauffage. Il a créé la Johnson Electric Service Company, plus tard Johnson Controls, pour commercialiser sa technologie. Son système de régulation de la température ambiante serait installé au Capitole des États-Unis, à la Bourse de New York, à West Point et au domicile d’Andrew Carnegie. Johnson gagnerait 50 U.S. brevets de son vivant et en 2008, le Système de régulation de la température de Johnson a été nommé monument historique de l’ingénierie mécanique de l’American Society of Mechanical Engineers (ASME).