Warren Johnson. Van de website van de National Inventors Hall of Fame.
veel woon-en commerciële gebouwen in de Verenigde Staten hebben verwarmings-en koelsystemen die worden geregeld door thermostaten, meestal een elektronisch instrument dat is ontworpen om de temperatuur in een afgesloten ruimte te detecteren en te regelen om een gewenste insteltemperatuur te handhaven. Vanaf juli 2017 had 41 procent van de Amerikaanse huizen een programmeerbare thermostaat volgens de U. S. Energy Information Association. Slimme thermostaten die geautomatiseerde functies bieden om het energieverbruik te verminderen, zijn steeds populairder geworden en 4,5 miljoen woningen in Noord-Amerika hadden in 2015 een slimme thermostaat, een stijging van 78 procent ten opzichte van 2014. Uit recent door Markets and Markets gepubliceerd wereldwijd marktonderzoek blijkt dat de wereldwijde inkomsten voor verwarming, ventilatie en klimaatregeling (HVAC) naar verwachting zullen stijgen van $11.7 miljard in 2017 tot 27 miljard dollar in 2023 dankzij de stijgende vraag naar energie-efficiëntie en gebouwautomatiseringssystemen.Hoewel thermostaten vrij alomtegenwoordig zijn als een modern gemak, heeft deze technologie zijn bescheiden begin als het geesteskind van een 19e-eeuwse leraar die zijn klas probeerde te behoeden voor voortdurende verstoringen door bewaarders. Warren Johnson is in 2018 opgenomen in de National Inventors Hall of Fame voor zijn uitvinding van automatische ruimtetemperatuurregeling. Deze Juli markeert de verjaardag van twee baanbrekende patenten op het gebied van temperatuurregeling waarvoor Johnson deze eer ontving. Vandaag keren we terug naar onze Evolution Of Technology-serie om wat licht te werpen op hoe een van de belangrijkste ontwikkelingen in de moderne HVAC-technologie werd ontworpen en ontwikkeld.
HVAC geschiedenis van het oude Rome tot het midden van de 19e eeuw
terwijl HVAC-systemen hun grootste periode van ontwikkeling hebben gekend in de afgelopen 150 jaar, probeerden oude culturen binnentemperaturen te reguleren om op verschillende manieren warm te blijven. In het oude Rome was het hypocaust in staat om warme baden en andere openbare gebouwen te verwarmen door brandstof te verbranden in een ondergrondse kamer en vervolgens de warme lucht door een leidingsysteem te laten circuleren om de bovenste kamers warm te houden. Hoewel kachels werden gebruikt om kamers te verwarmen voor vele eeuwen na het Romeinse Rijk, de invoering van moderne verwarmingssystemen in de bouw van gebouwen dateert grotendeels terug naar het werk van de Russische kunstenaar en architect Nikolaj Lvov die, in de late jaren 1700, een ventilatiesysteem voor gebouwen om lucht te verwarmen uit de buitenlucht bedacht.
systemen voor warmtebeheersing dateren uit het begin van de jaren 1600 met het werk van de Nederlandse ingenieur Cornelius Drebbel, die een kippen incubator ontwikkelde die een kwikapparaat gebruikte om de temperatuur van de ingesloten lucht automatisch te regelen. Dit wordt door velen beschouwd als ’s werelds eerste thermostaat en een van’ s werelds eerste feedback-gestuurde apparaten. In de jaren 1830 ontwikkelde de Schotse chemicus Andrew Ure de eerste thermostaat om de temperatuur van een hele kamer te regelen in een poging om de binnentemperatuur van textielfabrieken te regelen.Warren Johnson automatiseert de temperatuurregeling om verstoringen in de klas te elimineren. Warren Johnson verhuisde op jonge leeftijd met zijn familie naar Wisconsin en werd later leraar aan de State Normal School in Whitewater, nu bekend als de Universiteit van Wisconsin-Whitewater. De klaslokalen werden Johnson onderwezen werden verwarmd door hete lucht ovens die in de kelder van het gebouw. De bewaarders van de School controleerden de hitte door handbediende dempers die in het ovensysteem worden geïnstalleerd en bewaarders zouden elk klaslokaal ongeveer eens per uur ingaan om de kamertemperatuur te beoordelen en de dempers indien nodig aan te passen. Deze regelmatige onderbrekingen verontrustten Johnson en hij begon technologieën te ontwikkelen om ervoor te zorgen dat klaslokalen een constante temperatuur hielden.
24 juli markeert de 135e verjaardag van een patent dat in 1883 aan Johnson werd verleend voor zijn thermostaattechnologie. U. S. Patent nr. 281884, getiteld elektrische Tele-thermoscoop, beweerde dat de combinatie van een metalen thermometer voorzien van een pin aan een vrij uiteinde en het andere uiteinde van de thermometer stevig bevestigd aan de as van een getande wiel en verstelbaar door een schroef; de pin van de thermometer wordt ontvangen in een verticale sleuf op een oscillerende bundel. De resulterende uitvinding bood een middel om de temperatuur in de kamer aan te geven, waardoor een waarnemer snel kon zien of een kamer koud of warm was.Terwijl Johnson ‘ s eerste thermostaat uitvinding de onderbrekingen van de bewaarder tijdens zijn lessen verminderde, bleef hij werken aan de ontwikkeling van systemen die het werk van het regelen van binnentemperaturen zouden automatiseren. De eerste multi-zone automatische temperatuurregeling systeem haalbaar voor commerciële toepassing werd beschermd door U. S. Patent No. 542733, getiteld Heat Regulating Apparatus en uitgegeven op 16 juli 1895. Het beweerde een combinatie van primaire, secundaire en tertiaire kleppen, vloeistofdrukmotoren voor het aandrijven van de primaire en secundaire kleppen en een thermostatische motor voor het aandrijven van de tertiaire kleppen. De primaire klep regelt de warmtevoorziening, de secundaire klep regelt de vloeistofdruk in de primaire klep en de tertiaire klep regelt de vloeistofdruk in de secundaire klep. Het afsluitersysteem werkte om appartementen uit een gemeenschappelijke bron te verwarmen, terwijl de warmte kon worden afgesloten naar individuele kamers wanneer de temperatuur in de kamer een gewenste limiet bereikt.Johnson verliet het onderwijs in 1883 om zich te concentreren op de ontwikkeling van zijn thermostaat-en verwarmingstechnologieën. Hij richtte de Johnson Electric Service Company op, later Johnson Controls, om zijn technologie te commercialiseren. Zijn temperatuurregelsysteem zou worden geïnstalleerd in het Capitool, de New York Stock Exchange, West Point en het huis van Andrew Carnegie. Johnson zou 50 dollar verdienen. patenten tijdens zijn leven en in 2008, de Johnson System of Temperature Regulation werd genoemd als een American Society of Mechanical Engineers (ASME) Historische werktuigbouwkundige mijlpaal.