Warren Johnson. Dal sito web della National Inventors Hall of Fame.
Molti edifici residenziali e commerciali negli Stati Uniti hanno sistemi di riscaldamento e raffreddamento controllati da termostati, di solito uno strumento elettronico progettato per rilevare e regolare la temperatura all’interno di uno spazio chiuso per mantenere una temperatura impostata desiderata. A partire da luglio 2017, il 41 per cento delle case americane aveva un termostato programmabile secondo la U. S. Energy Information Association. I termostati intelligenti che offrono funzioni automatizzate per ridurre il consumo di energia sono cresciuti in popolarità e 4,5 milioni di case in Nord America hanno avuto un termostato intelligente nel 2015, con un aumento del 78% rispetto al 2014. La ricerca di mercato globale recentemente pubblicata da Markets and Markets indica che i ricavi mondiali per i controlli di riscaldamento, ventilazione e aria condizionata (HVAC) dovrebbero aumentare da $11.7 miliardi nel 2017 fino a $27 miliardi entro il 2023 grazie alla crescente domanda di sistemi di efficienza energetica e building automation.
Mentre i termostati sono abbastanza onnipresenti come una comodità moderna, questa tecnologia ha le sue umili origini come il frutto di un insegnante del 19 ° secolo che stava cercando di mantenere la sua classe da continue interruzioni da custodi. Warren Johnson uno dei 2018 inductees nella National Inventors Hall of Fame per la sua invenzione del controllo automatico della temperatura ambiente. Questo luglio segna l’anniversario di due brevetti seminali nel campo del controllo della temperatura per i quali Johnson ha ricevuto questo onore. Oggi, torniamo alla nostra serie Evolution of Technology per far luce su come è stato concepito e sviluppato uno dei più importanti progressi nella moderna tecnologia HVAC.
Storia HVAC Dall’antica Roma fino alla metà del 19 ° secolo
Mentre i sistemi HVAC hanno visto il loro più grande periodo di sviluppo negli ultimi 150 anni, le culture antiche hanno cercato di regolare le temperature interne per stare al caldo in vari modi. Nell’antica Roma, l’ipocausto era in grado di riscaldare bagni caldi e altri edifici pubblici bruciando carburante in una stanza sotterranea e poi facendo circolare l’aria calda attraverso un sistema di tubi per mantenere calde le stanze superiori. Sebbene le stufe siano state utilizzate per riscaldare le stanze per molti secoli dopo l’Impero Romano, l’introduzione di moderni sistemi di riscaldamento nella costruzione di edifici risale in gran parte al lavoro dell’artista e architetto russo Nikolay Lvov che, alla fine del 1700, ideò un sistema di ventilazione per gli edifici per riscaldare l’aria proveniente dall’esterno.
I sistemi per il controllo del calore risalgono agli inizi del 1600 con il lavoro dell’ingegnere olandese Cornelius Drebbel, che sviluppò un’incubatrice per polli che utilizzava un dispositivo a mercurio per controllare automaticamente la temperatura dell’aria chiusa. Questo è considerato da molti il primo termostato al mondo e uno dei primi dispositivi controllati dal feedback al mondo. Nel 1830, il chimico scozzese Andrew Ure sviluppò il primo termostato progettato per regolare la temperatura di un’intera stanza nel tentativo di regolare la temperatura interna delle fabbriche tessili.
Warren Johnson Automatizza il Controllo della Temperatura ambiente per Eliminare Aula Interruzioni
Nato il 6 novembre 1847, a Leicester, Vermont, Warren Johnson si trasferì con la famiglia in giovane età a Wisconsin e in seguito sarebbe diventato un insegnante allo Stato Normale Scuola in Whitewater, ora conosciuta come l’Università di Wisconsin-Whitewater. Le aule sono state insegnate Johnson sono stati riscaldati da forni ad aria calda che operano nel seminterrato dell’edificio. I custodi scolastici controllavano il calore attraverso serrande azionate a mano installate nel sistema del forno e i custodi entravano in ogni classe circa una volta ogni ora per valutare la temperatura ambiente e regolare gli ammortizzatori se necessario. Queste interruzioni regolari hanno turbato Johnson e ha iniziato a sviluppare tecnologie per garantire che le aule mantenessero una temperatura costante.
Questo 24 luglio segna il 135 ° anniversario di un brevetto rilasciato a Johnson nel 1883 che copre la sua tecnologia termostato. U. S. Brevetto No. 281884, intitolato Tele-Termoscopio elettrico, sosteneva la combinazione di un termometro metallico dotato di un perno ad un’estremità libera e l’altra estremità del termometro saldamente fissata all’asse di una ruota dentata e regolabile da una vite; il perno del termometro viene ricevuto in una fessura verticale su un raggio oscillante. L’invenzione risultante forniva un mezzo per indicare la temperatura nella stanza che indicava rapidamente ad un osservatore se una stanza era fredda o calda.
Mentre la prima invenzione del termostato di Johnson riduceva le interruzioni del custode durante le sue lezioni, continuò a lavorare allo sviluppo di sistemi che automatizzassero il lavoro di controllo delle temperature interne. Il primo sistema di controllo automatico della temperatura multi-zona fattibile per applicazioni commerciali è stato protetto dal brevetto statunitense n. 542733, intitolato Heat Regulating Apparatus e rilasciato il 16 luglio 1895. Essa rivendicava una combinazione di valvole primarie, secondarie e terziarie, motori a pressione del fluido per l’azionamento delle valvole primarie e secondarie e un motore termostatico per l’azionamento delle valvole terziarie. La valvola primaria regolava l’alimentazione di calore, la valvola secondaria controllava la pressione del fluido nella valvola primaria e la valvola terziaria controllava la pressione del fluido nella valvola secondaria. Il sistema di valvole ha funzionato per riscaldare gli appartamenti da una fonte comune, consentendo allo stesso tempo di spegnere il calore nelle singole stanze quando la temperatura nella stanza raggiunge il limite desiderato.
Johnson lasciò l’insegnamento nel 1883 per concentrarsi sullo sviluppo del termostato e delle tecnologie di riscaldamento. Ha fondato la Johnson Electric Service Company, in seguito Johnson Controls, per commercializzare la sua tecnologia. Il suo sistema di regolazione della temperatura ambiente sarebbe venuto per essere installato presso il Campidoglio degli Stati Uniti, la Borsa di New York, West Point e la casa di Andrew Carnegie. Johnson guadagnerebbe 50 U. S. brevetti durante la sua vita e nel 2008, il sistema Johnson di regolazione della temperatura è stato nominato come un American Society of Mechanical Engineers (ASME) storico punto di riferimento di ingegneria meccanica.